(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
該基板上に製作され、入力ビームを放出するための光送信器をそれぞれ含む複数の独立したチャネルを有する並列チャネル光学アレイと、
検出器のそれぞれが前記入力ビームの１つに対して専用である該検出器のアレイと、
入力される反射光の進路を転換する部材を備えたビーム入力領域を介して前記入力ビームが入射するように配置され、前記入力ビームに対して専用である前記検出器への前記入力ビームのそれぞれの一部の回折を誘発する光学特性を有しており、前記検出器が動作して前記入力ビームの前記回折した部分に応じた第１のフィードバック信号が発生するようにする光学装置と、ここで、該光学装置は、前記並列チャネル光学アレイの前記チャネルの特定の１つにそれぞれ対応する入力表面であって、専用の前記検出器に対する前記入力ビームの前記一部を回折するように構成された複数の個別的な入力表面を有しており、
該第１のフィードバック信号に応答して、前記入力ビームを個別に調整できるようになっているフィードバック・システムと
を含んでなることを特徴とする光学モニタ・システム。
【請求項２】
前記並列チャネル光学アレイの前記チャネルの全てに対応し、前記入力ビームの全てについてその一部を回折させるように構成された単一の入力表面を、前記光学装置が有することを特徴とする請求項１に記載の光学モニタ・システム。
【請求項３】
前記光学装置がコンピュータによって発生されるホログラム（ＣＧＨ）と体積ホログラムとグレーティングとのいずれかの前記光学特性を含み、前記光学特性が前記入力ビームの第１の部分を通過させて第２の部分を回折させるように構成され、前記第１の部分がデータ伝送のための第１のターゲット回折次数に対応し、前記第２の部分がモニタのための第２のターゲット回折次数に対応することを特徴とする請求項１または２に記載の光学モニタ・システム。
【請求項４】
前記第１のターゲット回折次数が０次の回折次数であり、前記第２のターゲット回折次数が９次の回折次数であることを特徴とする請求項３に記載の光学モニタ・システム。
【請求項５】
前記ＣＧＨが１次元のＣＧＨか２次元のＣＧＨかのどちらかであり、前記１次元のＣＧＨが１つの軸に沿った周期毎に少なくとも８つの個別的な表面深さを有し、前記２次元のＣＧＨが２つの軸に沿った周期毎に少なくとも８つの個別的な表面深さを有することを特徴とする請求項４に記載の光学モニタ・システム。
【請求項６】
前記第２の部分が、前記検出器に対して反射されるように配置された第１の反射領域をさらに含んでいることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の光学モニタ・システム。
【請求項７】
前記フィードバック・システムが、第２のフィードバック信号である現在温度における最適パワー・レベルを取得するためのセンサと、
前記光送信器のそれぞれに対するターゲット・パワー・レベル情報を含む特性評価データを、前記最適パワー・レベルのために提供するためのメモリ装置と、
前記ターゲット・パワー・レベル情報と前記第２のフィードバック信号との差に応じて、前記入力ビームを調整するための修正機構と
をさらに含んでいることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の光学モニタ・システム。
【請求項８】
前記最適パワー・レベルが温度データを含んでいることを特徴とする請求項７に記載の光学モニタ・システム。
【請求項９】
前記検出器及び前記フィードバック・システムが単一の基板部材上に集積化されていることを特徴とする請求項１に記載の光学モニタ・システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、一般に、光学モニタ・システム（optical-monitoring system）に関するものであり、特に、モニタ及びフィードバックのために光ビームを導くための光学装置（optical arrangement）に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
データ通信には、光のパルスとして膨大な量のデジタル化情報を配信することが可能な光源による伝送がますます必要になっている。これは、特に、地上通信ネットワーク（ground-based communication network）に関して、音声信号とテレビジョン信号とデータ信号とを伝送する主たる手段として、レーザ・ダイオード及び光ファイバを利用している多くの通信会社に当てはまることである。
【０００３】
高帯域幅（high bandwidth）を実現するため、ファブリ・ペロー・レーザ(Fabry-Perot laser)及び垂直空洞面発光レーザ（Vertical Cavity Surface Emitting Laser：以下、「ＶＣＳＥＬ」とよぶ）のようなレーザ・ダイオードが光源として一般に利用される。これらのタイプのレーザ・ダイオードは、その寸法が微小であるために選択される。例えば、典型的なＶＣＳＥＬは、ほぼマイクロメートル単位で測定される。従って、レーザ・ダイオードのアレイをシステムに組み込んで、高帯域幅の伝送を実現することができる。
【０００４】
多くの用途において、レーザ・ダイオードの最適出力は、光源によって生じる光強度または光学的パワー出力によって決まる。多くの要素が、光学的パワー出力に影響を及ぼす可能性がある。一例として、他の全ての変量が一定のままであると仮定しても、ダイオードが動作している環境の温度変動が、光学的パワー出力に影響を及ぼす可能性がある。しきい値レベルを超える所定の入力電流において、レーザ・ダイオードは、発光ダイオード（以下、「ＬＥＤ」とよぶ）・モードの動作からレーザ・モードの動作へと変化する。ＬＥＤモードの場合には、急速に拡散するインコヒーレントな光が放出される。このモードは、一般に固有の光強度の大幅な損失のために、長距離にわたるデータ伝送には不十分である。しかし、レーザ・モードの場合には、入力電流の増大につれて、光がコヒーレント・ビームへと狭くなる。このモードは長距離にわたるデータ伝送に適している。特定のダイオード・クラスのダイオードは、比較的に狭い入力電流範囲内にしきい値レベルを有しているが、そのクラスの特定ダイオードのしきい値レベルは、周囲温度の変化に応じて有意に変動しうる。例えば、温度変化によってダイオードが正規しきい値レベル(normal threshold level)と最大偏差レベル（deviated maximum level）との間で変動すると、いくつかのダイオードのしきい値レベルは５０パーセントも変動しうる。温度変動は、レーザ・ダイオードにより出力される光強度レベルに多大な影響を及ぼしうる。
【０００５】
光のパワー出力に影響する可能性のある第２の要因は、レーザ・ダイオードの寿命である。他の装置と同様に、レーザ・ダイオードの性能も時間の関数として劣化する。一例として、レーザ・ダイオードがＬＥＤモードからレーザ・モードにスイッチするしきい値レベルは、長期の使用によるダイオードの劣化のために有意に変動しうる。従って、データ伝送の完全性が危うくなる。
【０００６】
ＶＣＳＥＬの需要が増すと、必要なレーザ・ダイオードの全てを提供することができる単一のメーカはないものと予測される。供給販路へと参入するメーカが増えると、同じ仕様を備えた同じクラス内に含まれるＶＣＳＥＬが、長期にわたる使用を通じて異なる光学的及び電気的特性を示すようになる。これは、同一メーカが生産する同一バッチからのＶＣＳＥＬについても言えることである。この問題には、２つの面がある。ビームの強度が強すぎる場合には、製品は目にとって有害になる可能性がある。目の安全性（eye safety）は、ＶＣＳＬＥの設計及びテストにおいて考慮される要素である。一方、強度が弱すぎる場合には、伝送されるデータの完全性が損なわれる可能性がある。従って、ＶＣＳＥＬが満足のゆく安全性及び性能を実現する動作をすることが可能な光強度の出力レベルは、狭い帯域に限られる。
【０００７】
ＶＣＳＥＬの性能に影響を及ぼす可能性のある様々な要因に基づいて、光パワー出力は定期的にモニタされ、発光源に対する入力電流は動作及び安全性の両方に最適な出力を確保するために調整される。一般に、ＶＣＳＥＬは光検出器を利用してモニタされ、ＶＣＳＥＬから送り出されるビームの光強度は電気信号へと変換される。ＶＣＳＥＬに対する入力電流に調整及びバイアスを加えるために、フィードバック制御システムに結合されるフィードバック信号として、光検出器が受光した光パワー出力が利用される。
【０００８】
並列チャネル光学アレイ（parallel channel optical array）の場合には、複数チャネルを備えたＶＣＳＥＬアレイがデータ通信に用いられる。１×ｎ個のＶＣＳＥＬアレイの場合には、データ伝送のためにｎ個の対応するチャネルを備えたｎ個のＶＣＳＥＬが設けられている。ｎのＶＣＳＥＬは、ＩＩＩ−Ｖ型半導体ウェハのような半導体基板上に一般に製作される。
【０００９】
並列チャネル光学アレイに関して許容しうる動作性能を確保するため、ＶＣＳＥＬの光パワー出力がモニタされ、入力電流がそれに応じて調整される。ＶＣＳＥＬアレイの光パワー出力をモニタするためによく知られた１つの仕組みまたは装置（arrangement）は、アレイの端部ＶＣＳＥＬをモニタするものである。一例として、１×ｎ個のＶＣＳＥＬアレイの場合には、最も遠い端部に位置するＶＣＳＥＬだけがモニタされる。従って、１×ｎ個のアレイに対して、最初のＶＣＳＥＬからｎ番目のＶＣＳＥＬまで順次番号が付けられる場合には、最初のＶＣＳＥＬまたはｎ番目のＶＣＳＥＬがモニタされる。モニタに利用されるＶＣＳＥＬは、データ伝送には利用されない。この方法では、モニタされるＶＣＳＥＬが、アレイ内の他のｎ−１個のＶＣＳＥＬを代表する光学的及び電気的特性を示すものと仮定されている。しかし、たった１つのＶＣＳＥＬだけしかモニタされないので、この装置では、モニタされない特定のＶＣＳＥＬに関する特定の情報は得られない。
【００１０】
ＶＣＳＥＬアレイの光パワー出力のモニタを行うための別の仕組みまたは装置（arrangement）は、アレイ両端のモニタを行うことである。同じ典型的な１×ｎ個のアレイにおいて、最初のＶＣＳＥＬ及びｎ番目のＶＣＳＥＬが両方ともモニタされる。他のＶＣＳＥＬの動作特性に関するより正確な表現が得られるが、この装置には２つの問題がある。第一に、他のｎ−２個のＶＣＳＥＬに関して特定の情報が得られない。第２に、データ伝送のために、アレイ内において２つ少ないＶＣＳＥＬを利用することである。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の目的は、全てのダイオードがそのターゲット・レベルで動作していることを保証するため、並列チャネル光学アレイ内の全てのレーザ・ダイオードをモニタできるようにするための装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明では、並列チャネル光学アレイにおける全てのＶＣＳＥＬの入力ビームの一部を回折させて、ＶＣＳＥＬの全てを同時にモニタできるように構成された回折光学装置（diffractive optical arrangement：以下、「ＤＯＡ」とよぶ）が利用される。アレイの全てのチャネルについて、関連するＶＣＳＥＬの光パワー出力をモニタするための検出器と、入力電流を調整するためのフィードバック・システムとが設けられている。ＤＯＡは、一方の側に視準ビーム入力領域（collimating beam input region）と、その反対の側にビーム出力領域(beam output region)と、検出出力領域(detection output region)とを含んでいる。ＤＯＡは、視準ビーム入力領域からデータを伝送するためのビーム出力領域にビームの第１の部分を送り、視準ビーム入力領域からモニタのための検出出力領域に向けて第２の部分を回折させるように構成されている。視準ビーム入力領域は回折機能（diffractive feature）を含んでおり、これはコンピュータによって生成されるホログラム（computer generated hologram：以下、「ＣＧＨ」とよぶ）またはグレーティングでありうる。
【００１３】
ある実施態様では、特定のＶＣＳＥＬによって放出された入力ビームが、ＤＯＡの回折機能を備えた視準ビーム入力領域に入射する。回折された第２の部分が、ＤＯＡを介して、検出出力領域及び光パワー出力をモニタする検出器上へと伝搬する。この実施態様では、ＶＣＳＥＬ及び検出器は、ＤＯＡの両側に位置している。
【００１４】
別の実施態様の場合には、ビーム入力領域の回折機能によって回折された第２の部分は、ＤＯＡの反対側の第１の反射領域によって反射される。反射された第２の部分は、ＤＯＡのＶＣＳＥＬと同じ側にある検出出力領域に送られる。
【００１５】
別のもう１つの実施態様では、ＤＯＡは、入力ビームの回折部分を反射して検出領域に向けるために協働する一連の光学領域を含んでいる。ＶＣＳＥＬの１つによって放出される入力ビームは、回折機能を含む関連する視準ビーム入力領域からＤＯＡに入射する。回折される第２の部分は、ＤＯＡを介して、第１の反射領域まで伝搬し、ここで反射されて第２の反射領域に送られる。第２の部分は、第２の反射領域によって反射され、ＤＯＡを介して第３の反射領域まで送られる。第３の反射領域から反射された反射部分は、ＤＯＡを介して検出出力領域に送られる。検出出力領域において、第２の部分は、ビームのモニタ及びフィードバック調整を行う検出器に送られる。
【００１６】
本発明によれば、検出器は、シリコン、ガリウム砒素、インジウム・ガリウム砒素、または、ＶＣＳＥＬによって生じる入力ビームの波長に感光性のある材料から製作することができる。さらに、反射領域は、第２の部分を関係する次の領域に送るためのミラー、反射コーティング、または、金属被覆表面（例えば、反射回折光学素子）とすることができる。関係する次の領域は、後続する反射領域または検出出力領域でありうる。
【００１７】
望ましい実施態様によれば、各ＤＯＡが、並列チャネル光学アレイ内の特定のチャネルに対応するＤＯＡのアレイが設けられる。代わりの実施態様によれば、並列アレイ内の全てのチャネルに対応する単一のＤＯＡが設けられる。すなわち、この単一のＤＯＡは、アレイ内のＶＣＳＥＬから放出される全入力ビームの第２の部分を回折するように構成されている。
【００１８】
重要ではないが、ＤＯＡの視準ビーム入力領域はスパイラル位相構成（spiral-phase configuration）を有しうる。この設計によれば、ＶＣＳＥＬの発光源に戻される光強度のフィードバックが排除される。検出される光パワー出力はリング形状のパターン（ring-shaped pattern）を示すことになる。
【００１９】
視準ビーム入力領域の回折機能は、ＣＧＨまたはグレーティングの回折機能でありうる。ＣＧＨは、１次元または２次元とすることができる。ある実施態様では、１次元のＣＧＨの集積は、１つの軸に沿って繰り返される周期毎に８つの個別的な深さを含んでいる。ＣＧＨの回折原理のため、検出される光パワー出力は、スパイラル位相を含めると、例えば、リング形状パターンのような一連の同様の形状パターンになる。ＣＧＨによって偏差を生じないリング形状パターンは、データ伝送のための第１の部分に対応する０次の回折次数（diffraction order）である。大きい角度偏差（例えば、９次の回折次数）での強度を備えたリング形状パターンは、モニタ及びフィードバックのための第２の部分に対応する。データ伝送（すなわち、０次の回折次数）、または、モニタ（すなわち、９次の回折次数）のために選択されない他の回折次数の光パワー出力は、ノイズ及びクロストーク信号とみなされ、最小限に抑えられる。
【００２０】
別の実施態様では、視準ビーム入力領域の回折機能は２次元のＣＧＨの回折機能である。ＣＧＨ集積は、２つの軸に沿って繰り返される周期毎に８つの個別的な深さを含まれている。２次元のＣＧＨの光パワー出力は、例えば、２組の交差する一連の同様の形状パターンとすることができるという点を除けば、検出される出力によって、１次元のＣＧＨに似た一連の同様の形状パターンが示される。あるいはまた、視準ビーム入力領域の回折機能は、体積ホログラムの回折機能である。さらに別の実施態様では、グレーティングの回折機能を利用して、モニタのために入力ビームの第２の部分を回折させる。
【００２１】
望ましい実施態様では、回折機能が第２の部分を回折させるために視準ビーム入力領域に組み込まれるとして説明されているが、この回折機能は独立した構成要素へと製作されて構成されうる。この代わりの２ピース構成の場合には、視準ビーム入力領域が、独立した回折素子に結合されている間に、入力ビームの第２の部分を回折することができる。
【００２２】
全てのチャネルにおいて、アレイ内の関連するＶＣＳＥＬに対する入力電流が、閉ループ・フィードバック・システムによって調整される。第１のフィードバック信号源は、検出器によって受信される光強度である。さらに、第２のフィードバック信号源は、現在温度における最適な光強度とすることができる。最適な光強度値は、温度センサによって測定される周囲温度に対応する動作パラメータを備えたメモリ装置によって供給される。フィードバック・システムは、両方のフィードバック信号を利用して、アレイ内の全てのＶＣＳＥＬに対する入力電流を調整する。
【００２３】
本発明の利点の１つは、このシステムでは、並列チャネル光学アレイのＶＣＳＥＬ毎にモニタ及びフィードバックを備えることによって、全てのチャネルに対して許容可能な性能が保証され、温度変動及び経時変化の影響によって生じうる許容できない損失から保護されるという点にある。さらに、チャネルのモニタによって、フィードバック信号を供給するために用いられるチャネルが制限されることもない。それどころか、モニタされるチャネルは、モニタのためだけではなく、データ伝送のためにも信号を供給することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
図１は、回折光学装置（ＤＯＡ）１０の望ましいアーキテクチャの１つを例示したものである。並列チャネル光学アレイの全てのチャネルについて、入力ビーム３２の第１の部分３４をデータ伝送のためのビーム出力領域２４に渡すように構成されたいくつかの光学領域を、ＤＯＡ１０は含んでいる。さらに、ＤＯＡは、入力ビーム３２の第２の部分３６を回折させて、検出出力領域２２に向けるように構成されている。光学領域は、（ａ）視準ビーム入力領域１４と、（ｂ）ビーム出力領域２４と、（ｃ）第１の反射領域１６と、（ｄ）第２の反射領域１８と、（ｅ）第３の反射領域２０と、（ｆ）検出出力領域２２とを含んでいる。視準ビーム入力領域１４は、第１の部分３４を通過し、第２の部分３６を回折させるための回折機能を含んでいる。ある実施態様では、回折機能は、第２の部分３６を回折させるように構成されたＣＧＨ６４（図９）の回折機能である。代わりの実施態様では、回折機能はグレーティング８０（図１５）の回折機能である。
【００２５】
ＶＣＳＥＬ１２から放出される入力ビーム３２は、視準ビーム入力領域１４からＤＯＡ１０に入射する。視準ビーム入力領域１４は、一般に、ガラス、プラスチック、または、光の伝搬を可能にする材料から製作される。ＶＣＳＥＬ１２の放出領域に戻される入力ビーム３２の反射を最小限に抑えるため、視準ビーム入力領域１４の表面は、放出領域から任意の反射部分をそらす（divert）ことによって、性能に影響する反射（performance-affecting reflection）を最小限に抑える特有の構造を有するように製作することができる。
【００２６】
回折素子は、位置合わせされ、ビーム入力領域１４の反対側に配置されたビーム出力領域２４に入力ビーム３２の第１の部分３４を送るように構成されている。ビーム出力領域２４は、データ伝送に利用される光ファイバ２６に結合されている。ＶＣＳＥＬ１２の放出部分に戻される第１の部分３４の反射を最小限に抑えるため、ビーム出力領域２４の表面は、反射防止コーティング（図示せず）の層を形成することができる。さらに、回折素子は、入力ビーム３２の第２の部分３６を、ＤＯＡ１０のビーム入力領域１４の反対側に配置された第１の反射領域１６に対して回折するように構成されている。第１の反射領域１６によって反射される第２の部分３６は、ＤＯＡ１０を介して、ＤＯＡの反対側で、ビーム入力領域１４と同じ側に配置された第２の反射領域１８まで伝搬する。第２の反射領域１８によって反射された第２の部分３６は、ＤＯＡ１０を介して、ＤＯＡの反対側で、第１の反射領域１６と同じ側に配置された第３の反射領域２０まで伝搬する。第３の反射領域２０によって反射された第２の部分３６は、ＤＯＡ１０を介して、ＤＯＡの第２の反射領域１８と同じ側に配置された検出出力領域２２まで伝搬する。検出出力領域２２は、フィードバック信号のモニタ及び供給に適合した検出器２８に第２の部分３６を集中する。
【００２７】
ある実施態様では、反射領域１６と１８と２０とは、第２の部分３６を関係する次の領域に反射するため、第２の部分３６の伝搬光路内に配置されたミラーである。関係する次の領域は、反射領域１８または２０、あるいは検出領域２２でありうる。ミラーは、ＤＯＡ１０の表面に取り付けられている。別の実施態様では、反射領域１６と１８と２０とは、第２の部分３６を関係する次の領域に反射する反射コーティングである。さらに別の実施態様では、反射領域１６と１８と２０とは、反射角及びビーム・プロファイルの制御に用いることができる金属被覆表面（例えば、反射回折光学素子）である。金属被覆表面は、材料及び製造コストを最小限に抑えるために利用される。
【００２８】
本発明は、第２の部分３６を反射して、関係する次の領域におくるための３つの反射領域１６と１８と２０とを含むとして説明されているが、第２の部分３６を反射するための反射領域の数はもっと少なくすることができる。さらに、本発明は、反射しない領域を含みうる。この実施態様の場合には、回折される第２の部分３６は、ＤＯＡ１０を介して、ＤＯＡ１０の反対側にある検出出力領域２２まで伝搬する。あるいはまた、第２の部分３６を関係する次の領域に反射するための反射領域の数をもっと多くすることもできる。
【００２９】
並列チャネル光学アレイの全てのチャネルについて、チャネルＶＣＳＥＬ１２を駆動する入力電流を調整するため、専用の検出器２８が、フィードバック・システム３０に結合されている。検出器２８は、ＶＣＳＥＬ１２によって生じる入力ビーム３２の波長に対する感度が得られるように選択された材料の層から一般に形成される。検出器２８と共に、ＶＣＳＥＬ１２及びフィードバック・システム３０が、媒体１１０内に配置されている。媒体１１０は、視準ビーム入力領域１４と、第２の反射領域１８と、検出出力領域２２とを備えたＤＯＡ１０の表面３８に対して平行である。第２の反射領域１８及び検出出力領域２２の相対的配置は、本発明にとって重要ではない。
【００３０】
図２には、第１の基板上に製作された１×１２個の並列チャネル光学アレイ４４と、第２の基板上に製作された集積回路５２に用いられる図１の媒体１１０の望ましい実施態様が示されている。光学アレイ４４と集積回路５２とは、有意な異なる特性と関連付けられるので、異なる基板上に製作される。代わりに、光学アレイ４４は、ハンダ・バンプのようなパッケージング・テクノロジを利用して、集積回路５２の上に取り付けることができる。集積回路５２に対する光学アレイ４４の配置は、本発明にとって重要ではない。
【００３１】
１×１２個の並列チャネル光学アレイ４４は１２個の独立したチャネルを含んでおり、各チャネルは、それ自体のＶＣＳＥＬ１２と、検出器２８と、フィードバック・システム３０と、第１のボンディング・パッド５０と、第２のボンディング・パッド４８とをそれぞれ含んでいる。一例として、アレイ４４の第１のチャネル４６及び集積回路５２は、図１のＤＯＡ１０の視準ビーム入力領域１４に対して入力ビーム３２を放出するための第１のＶＣＳＥＬ１２を含んでいる。ＤＯＡ１０の表面３８は、媒体１１０に対して平行に配置されている。入力ビーム３２は、視準ビーム入力領域１４に結合された回折格子によって回折される。第２の部分３６は、検出出力領域２２及び検出器２８に引き続き送られる。検出器２８によって生じるフィードバック信号は、第２の部分の強度に応答し、フィードバック・システム３０によって受信される。フィードバック・システム３０は、集積回路５２内に形成されるので、点線ブロックとして示されている。フィードバック・システム３０からの出力電流は、第２のボンディング・パッド４８に結合された第１のボンディング・パッド５０に伝導される。第２のボンディング・パッド４８によって受信される出力電流は、第１のチャネル４６のＶＣＳＥＬ１２を駆動するために利用される。
【００３２】
望ましい実施態様に従って、図３は、並列チャネル光学アレイ４４のそれぞれのチャネル毎に第２の部分３６を回折及び方向付けし、検出器２８に送るように構成された１２個の個別に独立したＤＯＡ１０を示している。代わりの実施態様に従って、図４は、アレイ４４の全チャネルについて、第２の部分３６を回折および方向付けし、検出器２８に送るように構成された単一のＤＯＡ１０を示している。アライメント・ピン（図示せず）を利用して、媒体１１０をＤＯＡ１０に固定し、正確に位置合わせする。
【００３３】
並列チャネル光学アレイ４４は、１２個の独立したチャネルを有するとして説明されているが、本発明の範囲及び精神を逸脱することなく、チャネル数がもっと多いか、または、少ないアレイを実施することもできる。さらに、本発明に従って、４×４個のアレイのようなｎ×ｎ個のアレイを実施することができる。従って、各ＤＯＡが、アレイのそれぞれのチャネルに対応する、より数の多いＤＯＡを同様に実施することもできる。さらに、放出される入力ビームがデータ伝送及びモニタに十分なものである限りにおいて、ＶＣＳＥＬの代わりに、並列チャネル・アレイをなすように、ファブリ・ペロー・レーザ（Fabry-Perot laser）やガス・ベース・レーザ（Gas-based laser）等のようなレーザ・ダイオードを利用することもできる。
【００３４】
図５を参照すると、検出器２８は、検出出力領域２２によって回折させられた第２の部分３６の断面画像５８を受像して、検出するための１５０μｍ×１５０μｍの表面領域を含んでいる。断面画像５８の直径は約５０μｍである。これらの仕様を考慮すると、全許容範囲（媒体１１０とＤＯＡ１０の表面３８との間におけるｘ軸及びｙ軸に沿った許容移動範囲を表す）±１５μｍが、１５０μｍ×１５０μｍの検出器２８の受像表面領域内に十分に納まることになる。
【００３５】
ｚ軸に沿ったシフトに関して、全許容範囲（媒体１１０と表面３８の間における許容垂直移動範囲を表す）±４０μｍが、１５０μｍ×１５０μｍの検出器２８の受像表面領域内に十分に納まることになる。図６Ａは、ｚ軸に沿ったシフトが生じない、検出器２８の第２の部分３６の断面画像５８を示している。すなわち、ｚ軸に沿った媒体１１０と表面３８との隔離距離（separation distance）は、動作にとって理想的なターゲット距離である。図６Ｂを参照すると、断面画像５８は、媒体１１０と表面３８との間でｚ軸に沿って−４０μｍシフトした状態で、検出器２８の検出可能表面領域内に十分に納まることになる。同様に、図６Ｃに示すように、断面画像５８は、媒体１１０と表面３８との間でｚ軸に沿って＋４０μｍシフトした状態で、検出器２８の検出可能表面領域内に十分に納まることになる。
【００３６】
望ましい実施態様の場合には、ビーム入力領域１４は、図７に示すスパイラル位相構成６０をなしている。スパイラル位相構成６０は、任意の反射部分の進路を発光源から転換することによって、ＶＣＳＥＬ１２の放出表面に戻される反射を最小限に抑えるように設計されている。反射によってＶＣＳＥＬ１２に戻される光パワー出力はリング形状パターンを有しており、ここで、光強度の集中がＶＣＳＥＬ１２の放出表面からそらされる。図８は、スパイラル位相構成６０をなすビーム入力領域１４に関して、検出器２８によって受光されるリング形状パターン６２を示している。
【００３７】
ある実施態様によれば、図９は、ＣＧＨ６４の回折機能とすることが可能な回折機能を有する図１の視準ビーム入力領域１４を示している。望ましい実施態様の場合には、ＣＧＨ６４の回折機能はビーム入力領域１４内に組み込まれるが、ＣＧＨ６４は、分かりやすくするため、独立した構成要素として説明することにする。位置合わせされ、ＣＧＨ６４の反対側に配置されたビーム出力領域２４に、ＤＯＡ１０を介して入力ビーム３２の第１の部分３４を送るように、ＣＧＨ６４が構成されている。さらに、ＣＧＨ６４は、モニタ及びフィードバックのため、ＤＯＡ１０を介して入力ビーム３２の第２の部分３６に回折及び方向付けるように構成されている。回折部分は、入力ビーム３２の第２の部分３６として説明されているが、入力ビーム３２の強度の５０％を超える部分を回折するようにＣＧＨ６４を設計することができる。
【００３８】
ＣＧＨ６４は、所望の回折を誘導する表面起伏（surface relief）の構成が得られるように、数値的に最適化された設計を有している。屈折率が、この場合には空気である周囲媒体とは異なる限り、ＣＧＨ６４は、ガラス、プラスチック、金属、半導体、誘電体、ポリマ等に形成することができる実質的に透明な部材である。
【００３９】
ＣＧＨ６４は、１次元のＣＧＨまたは２次元のＣＧＨとすることができる。１次元のＣＧＨは、１つの軸に沿って入力ビーム３２を変調するように構成されている。望ましい実施態様の場合には、周期毎に８つの個別的な表面深さが１つの軸に沿って１次元のＣＧＨへとエッチングされる。各周期は、３０μｍの長さとすることが可能であるが、重要ではない。図１０Ａは、１つの軸に沿って８つの個別的な表面深さ７０をそれぞれの周期が含む、２周期分の１次元のＣＧＨの断面図を示している。図１０Ｂは、その１つの周期が８つの個別的な表面深さ７０を有する、図１０Ａの１次元のＣＧＨ６６の平面図を示している。図１０Ｂにおいて、ハッチング密度が異なる各領域は、１つの個別的な表面深さを表している。
【００４０】
図１１を参照すると、１次元のＣＧＨ６６（視準ビーム入力領域は図７のスパイラル構成６０をなしている）を利用する結果として、検出器２８において検出される光パワー出力パターンは、一連のリング形状パターン７２と７４と７６とである。出力が最大のリング形状パターン７２は、３つの可視リング形状パターンの中央に位置している。それは、データ伝送に用いられる第１の部分３４である、ＣＧＨ６６から伝搬する０次の回折次数の光である。２番目に強い強度のリング形状パターン７４は、３つの可視リング形状パターンの下部に位置している。それは、モニタに用いられる第２の部分３６である、ＣＧＨ６６から伝搬する９次の回折次数の光である。
【００４１】
０次の回折次数及び９次の回折次数以外の他の回折次数（すなわち、−９次の回折次数〜−１次の回折次数及び１次の回折次数〜８次の回折次数）から検出される光パワー出力は、望ましくないノイズ及びクロストーク信号とみなされ、並列チャネル光学アレイ４４からの漏出を許すと、目の安全性に問題を生じうる。ノイズの一部は、図１１の３つの可視リング形状パターンの上部に位置する３番目に強いパワーを備えた検出されるリング形状パターン７６として提示される。他の望ましくない回折次数（すなわち、−８次の回折次数〜−１次の回折次数及び１次の回折次数〜８次の回折次数）は、光パワー出力が弱いために表されていない。
【００４２】
図１２を参照すると、シミュレーション・データによって、望ましくない光パワー出力が、５０％と６０％と７５％との３つのターゲット伝送に関して、０次及び９次の回折次数における望ましい出力に対して被制御の最小レベルにあることが確認される。５０％のターゲット伝送の場合には、０次の回折次数で検出される実際の光パワー出力は、５２．６％である。この数字は、データ伝送に用いられる図１の第１の部分３４である入力ビーム３２のパーセンテージに相当する。９次の回折次数において、実際の光パワー出力は２１．３％である。この数字は、モニタに用いられる第２の部分３６である入力ビーム３２のパーセンテージに相当する。他の回折次数からの望ましくない光パワー出力は、０次及び９次の回折次数における出力に対して最小レベルにある。例えば、−８次〜−１次及び１次〜８次の回折次数のうちの特定の回折次数に関する望ましくない最大出力は、０．５％である。シミュレーション・データは、６０％及び７５％におけるターゲット伝送に関して同様の結果を示している。異なる回折次数に関する光強度の比は、設計によって同調可能である。これによって、目の安全性要件（eye safety requirement）を満たすこと、及び、様々なメーカの光源を利用することの利点が得られる。
【００４３】
２次元のＣＧＨの場合には、ホログラムは、２つの軸に沿って入力ビーム３２を変調するように構成されている。望ましい実施態様の場合には、周期毎に８つの個別的な表面深さが、ｘ軸及びｙ軸に沿って２次元のＣＧＨへとエッチングされている。各周期は長さが３０μｍである。この周期は、表面全域にわたって反復される。図１３は、両軸に沿って８つの個別的な表面深さ７０を備える２次元のＣＧＨ６８の平面図を示している。図１４は、２次元のＣＧＨ６８を利用した検出器２８における光パワー出力パターンを示している。代わりに、視準ビーム入力領域の回折機能は、体積ＣＧＨの回折機能である。
【００４４】
代わりの実施態様に従って、図１５は、グレーティング８０の回折機能とすることが可能な回折機能を有するものとして、視準ビーム入力領域１４を示している。望ましい実施態様は、グレーティング８０の回折機能が、ビーム入力領域１４内に組み込まれている態様であるが、本発明の説明をより分かりやすくするため、グレーティング８０は独立した素子として説明することにする。位置合わせされ、入力ビーム３２の第１の部分３４をグレーティング８０の反対側に配置されたビーム出力領域２４に送るように、グレーティング８０が構成されている。さらに、グレーティング８０は、モニタ及びフィードバックのため、入力ビーム３２の第２の部分３６を回折させるように構成されている。
【００４５】
グレーティング８０は、大量生産に適合する角度で、第２の部分３６を回折させるように数値的に最適化された設計が施されている。グレーティング８０は、ほぼ透明な部材である。グレーティング８０は、屈折率がこの場合には空気である周囲媒体と異なる限り、ガラス、プラスチック、金属、半導体、誘電体、ポリマ等に形成することができる。望ましい実施態様の場合には、グレーティング８０は、１つの軸に沿って周期毎に８つの個別的な表面深さを有するブレーズド・グレーティング（blazed grating）である。
【００４６】
望ましい実施態様は、１次元のＣＧＨ６６と２次元のＣＧＨ６８と第２の部分の回折のため視準ビーム入力領域１４に組み込まれたグレーティング８０とのうちの１つとして形成された回折機能を有するとして説明されているが、もちろん、回折機能は、独立した構成要素として製作し、接続することもできる。この代わりに２ピース構成の場合には、視準ビーム入力領域１４は、独立した回折素子に結合されるので、入力ビーム３２の第２の部分を回折させることができる。
【００４７】
図１６を参照すると、ＶＣＳＥＬ１２に対する入力電流をモニタするための検出器２８と、調整するためのフィードバック・システム３０とを含むブロック図が示されている。１２チャネル（１２ＣＨ．）の並列チャネル光学アレイ４４の全チャネルについて、フィードバック・システム３０は、アナログ・フィードバック制御装置８６を含んでいる。さらに、デジタル・フィードバック制御装置８８を実施することもできる。
【００４８】
アナログ・フィードバック制御装置８６は、温度のような変量の変化に関係なく、各ＶＣＳＥＬをターゲット光パワー出力に維持する手段の１つを提供する。第２の部分３６の光パワー出力は検出器２８によって受光され、その強度はフィードバック信号９０の発生に利用される。フィードバック信号９０はアナログ・フィードバック制御装置８６に伝導される。光パワー出力の減少が検出されると、アナログ・フィードバック制御装置８６は、駆動装置９６に指示してＶＣＳＥＬ１２に対する入力電流を増大する。逆に、光パワー出力の増大が検出されると、アナログ・フィードバック制御装置８６は、駆動装置９６に指示してＶＣＳＥＬ１２に対する入力電流を減少させる。
【００４９】
温度のような変量の変化を補償するための第２の手段として、デジタル・フィードバック制御装置８８が実施される。アナログ・フィードバック制御装置８６とは異なり、デジタル・フィードバック制御装置は、記憶された情報を利用して、フィードバック信号９０に応答してＶＣＳＥＬに対する入力電流に調整を加えるべき時期及び方法を決定する。現在の周囲温度は、温度センサ９２によって識別される。識別された温度に応じて、ＥＥＰＲＯＭのようなメモリ装置９４が、最適パワー・レベル・データと、ＶＣＳＥＬ１２の勾配効率のような検出器２８では容易に測定されない情報とを含む特性データを供給する。検出器２８から生じる検出光強度が現在の温度における識別された最適パワー・レベル未満の場合には、デジタル・フィードバック制御装置８８は駆動装置９６に指示してＶＣＳＥＬ１２に対する入力電流を増大させる。逆に、検出される光強度が現在温度における識別された最適パワー・レベルを超える場合には、デジタル・フィードバック制御装置８８は駆動装置に指示してＶＣＳＥＬ１２に対する入力電流を減少させる。
【００５０】
本発明に従って、ＶＣＳＥＬ１２は、高光パワー出力レベルと低光パワー出力レベルとの間で変調を行う。高速検出器２８及び高速フィードバック・システム３０の動作によって、ＶＣＳＥＬ１２の高デジタル・レベル及び低デジタル・レベルをモニタすることができる。さらに、検出器２８は、低周波設計に関してＶＣＳＥＬ１２の平均パワーを求めることができる。
【００５１】
図１７のプロセス流れ図に関して、並列チャネル光学アレイ４４内の全てのチャネルを最適パワー・レベルに維持するためのＤＯＡ１０の動作について説明することにする。ステップ１００では、並列チャネル光学アレイ４４の各ＶＣＳＥＬ１２からの入力ビーム３２がＤＯＡ１０によって受光される。ステップ１０２では、入力ビーム３２の一部が、回折されてＤＯＡ１０を介して検出出力領域２２に送られて、検出器２８上へと入射する。ステップ１０４では、フィードバック信号を提供する。第１のフィードバック信号は、検出器２８によって受光される第２の部分３６の光パワー出力である。第２のフィードバック信号は、任意の特定温度における最適な光強度レベルである。最後に、ステップ１０６において、ＶＣＳＥＬ１２に対する入力電流が、第１及び第２のフィードバック信号に応答して調整される。
【図面の簡単な説明】
【図１】反射領域のアレイを利用して、入力ビームの第２の部分を反射し、検出出力領域に送るための本発明による回折光学装置（ＤＯＡ）の断面図である。
【図２】並列チャネル光学アレイ及び基板を示す図１の媒体の平面断面図である。
【図３】ＤＯＡのアレイが設けられ、各ＤＯＡがアレイの独立したチャネルに対応している図２の媒体の平面断面図である。
【図４】アレイの全チャネルに対応する単一ＤＯＡが設けられた、図２の媒体の平面断面図である。
【図５】図１のＤＯＡと媒体の間における平行シフトに関する検出器の許容公差内にある回折部分の断面画像を示す図である。
【図６】ＡとＢとＣは、図１のＤＯＡと媒体の間における直交シフトに関する検出器の許容公差内にある回折部分の断面画像を示す図である。
【図７】スパイラル構成をなす図１の視準ビーム入力領域を示す図である。
【図８】図７の視準ビーム入力領域に関する検出リング形状パターンを示す図である。
【図９】ＣＧＨの回折特性を備えるものとして視準ビーム入力領域を示す図１のＤＯＡの断面図である。
【図１０】Ａは、２つの周期が周期毎に８つの個別的な深さを備える図９の１次元のＣＧＨの断面図である。Ｂは、Ａの１次元のＣＧＨの一部に関する平面図である。
【図１１】一連のリング形状パターンを備え、図９の１次元のＣＧＨに関する検出された光パワー出力パターンを示す図である。
【図１２】３つのターゲット伝送における図１１の１次元のＣＧＨの光パワー出力に関するシミュレーション・データを示す図である。
【図１３】第２の実施態様による図９の２次元のＣＧＨの平面図である。
【図１４】２組の交差する一連のリング形状パターンを備え、図９の２次元のＣＧＨの検出された光パワー出力パターンを示す図である。
【図１５】グレーティングの回折特性として視準ビーム入力領域を示す図１のＤＯＡの断面図である。
【図１６】並列チャネル光学アレイ内の各レーザ・ダイオードに対する入力電流を調整するための図１の検出及びフィードバック・システムの接続を示すブロック図である。
【図１７】並列チャネル光学アレイ内の各レーザ・ダイオードに関する最適パワー・レベルを維持するためのプロセス流れ図である。
【符号の説明】
１０  光学装置
１６  第１の反射領域
２８  検出器
３０  フィードバック・システム
４４  並列チャネル光学アレイ
６４  ＣＧＨ
７０  表面深さ
８０  グレーティング
９２  センサ
９４  メモリ装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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