(57)【要約】本発明の実施形態は光学的同報通信システム(100,140,160,180)を対象とする。システムのノードは、コア、キャッシュ、入力／出力装置、及びメモリの任意の組合せ、或いは任意の他の情報処理、送信または格納装置とすることができる。光学的同報通信システムは、光同報通信バス(142,162,182)を含む。同報通信バスと光学的に連絡するシステムの任意のノードは、同報通信バスと光学的に連絡する全ての他のノードに光信号で情報を同報通信することができる。【選択図】図１Ａ
2011526104.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
システムの任意のノードから全てのノードに情報を同報通信するための光学的同報通信システム（100、140、160、180）であって、
変調器部分と検出器部分を有し、前記変調器部分が各ノードを通過し、前記検出器部分が各ノードを通過するように構成された光同報通信バス（142、162、182）と、
前記変調器部分に光学的に結合され、前記変調器部分から前記検出器部分へ情報を搬送する光信号を生成するように前記ノードにより制御される変調器（108〜113）と、
前記検出器部分に光学的に結合され、全てのノードが光信号を受け取るように前記ノードにより制御される検出器（116〜120、134）とを含む、光学的同報通信システム（100、140、160、180）。
【請求項２】
非変調光を前記光同報通信バスに導入する光パワーソースを更に含み、前記非変調光が、前記変調器部分の前記ノードにより変調されて、光信号が生成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記検出器部分が、
それぞれ検出器に光学的に結合された分岐導波路（404）と、
ラップアラウンドのバス導波路からの光信号の一部を前記分岐導波路の１つに結合するように構成された光タップ（406）とを更に含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記光タップは、各検出器がほぼ同じ光パワーを有する光信号を受け取るように、光信号を分配するように構成されている、請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記変調器部分および前記検出器部分が、ほぼ同じ光パワーを有する光信号を前記検出器に分配するように構成された同報通信ツリーバスの部分を更に含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記同報通信ツリーバス（142、162、182）が、
前記変調器に光学的に結合されたラップアラウンドのバス導波路（144、146）と、
光信号をほぼ同じ光パワーを有する多数の光信号に分割するように構成された光タップ（146、148、150、166、168）と、
前記光タップ間、及び前記検出器へ光信号を伝えるように構成されたラップアラウンドの分岐導波路とを更に含む、請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
前記変調器（108〜113、202）が、前記変調器部分に隣接して配置された共振器（204）を更に含み、各共振器は、電子信号がノードにより印加された場合に前記変調器部分により伝えられる１つの波長の光とエバネセント結合するように構成されており、前記検出器が、前記検出器部分に光学的に結合された共振器（410）を更に含み、各共振器が前記検出器部分からの特定の波長の光信号にエバネセント結合して、ノードに伝達される対応する電子信号を生成する、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記共振器（204）が更に、マイクロリング（802）からなり、各マイクロリングが隣接する導波路からの特定の波長の光にエバネセント結合するように構成されている、請求項４に記載のシステム。
【請求項９】
前記光同報通信バスが単一の集積回路チップ上に実現される、請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
システムの任意のノードから全てのノードに情報を同報通信するための方法であって、
変調器部分および検出器部分を有する光同報通信バスへ非変調光を導入（701）し、前記光同報通信バスがラップアラウンドの構成を有し、前記変調器部分が各ノードを通過し、前記検出器部分が各ノードを通過し、
どのノードが前記光同報通信バスを介して同報通信することができるかを決定するために調停（703）し、
前記変調器部分から前記検出器部分へ進む光信号を生成するために、前記光同報通信バスの前記変調器部分で前記非変調光を変調（704）し、
前記光同報通信バスの前記検出器部分の全てのノードにおいて光信号を受け取る（705）ことを含む、方法。
【請求項１１】
前記非変調光を前記バス導波路（102）に導入することが、波長分割多重または高密度波長分割多重を用いて複数の波長の光を前記バス導波路（102）に導入することを更に含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記非変調光を変調することが、関連したノードにより電子的に制御される共振器（204）へ各波長の光をエバネセント結合することにより、異なる波長の光を変調することを更に含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
各ノードで光信号を受け取ることは、各ノードが実質的に同じ光パワーを有する光信号を受け取るように、光信号を分配することを更に含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
光信号を分配することは、各検出器が実質的に同じ光パワーを有する同じ光信号を受け取るように、各検出器へ各光信号の一部をエバネセント結合することを更に含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
光信号を分配することは、それぞれが前記検出器に伝えられるほぼ同じ光パワーを有する多数の実質的に同一の光信号へ光信号を分割することを更に含む、請求項１３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、光学的同報通信システムで光信号を分配することに関する。
【０００２】
背景
近年、マイクロエレクトロニクス業界の動向は、次世代のマルチプロセッサのチップが数十または数百ものノードから構成され得ることを示す。ノードは、コアとも呼ばれる処理要素、並びにキャッシュ、入力／出力、及びメモリのような他の装置とすることができる。望ましい特徴は、オンチップの同報通信バスがチップの全ノードと通信する任意の１つのノードを提供することであり、それは「エニイツーオール（any-to-all）」通信と呼ばれる。原理的には、バスを駆動することができる任意のノードが、当該バスにタップ接続する全ノードに、当該バスを介して情報を同報通信することができる。例えば、同報通信は、任意の与えられたコアのキャッシュの一貫性（コヒーレンス）を維持するために使用され得る。
【０００３】
ノードの数が増加するにつれて、バスはそれに応じて拡大する必要がある。同時に、ノード自体の性能の向上は、バスの帯域幅の等しい増加を必要とする。より大きなノードの総数は、より大きな相互接続の経路長につながり、その結果として、より大きな信号品位の問題、増大したチップ面積の要求事項、及びより高い電力につながる。ノードの性能に一致させるためのより高い帯域幅の要件と組み合わされたこれらの要因により、チップの電子同報通信バスでの大規模の実現は、高いノード総数の高性能チップには実現不可能になる。
【０００４】
これらの制約を克服するために、８つのノードに接続された１つのバス、及びピアツーピアリンクと接続されたバスのセットのような階層的バスが提案された。例えば、R. Kumar、V. Zyuan、及びD. M. Tullsen著、「Interconnections in Multi-core Architectures：Understanding Mechanisms, Overheads, and Scaling」、SIGARCH Computer Architecture News 33, 2、pp. 408-419（2005年５月）を参照されたい。しかしながら、一般に、大部分の電気マルチコアプロセッサの解決策は、メッシュのような一対一の相互接続の方を好んで、完全に同報通信の相互接続を避けている。同報通信の機能が必要な場合、同報通信のメッセージは、各コア用の等しい一対一のメッセージに分割される。この機能は多くのシステムに有効であるが、冗長性は余分な帯域幅および電力を浪費し、待ち時間の原因となる。
【０００５】
光バスは、電気バスと比べて、はるかに高い帯域幅、より低い電力およびより低い待ち時間を約束する。しかしながら、光学系を用いても、送信機と同じ数のバスが必要とされるので、多数の固定送信機の同報通信バスから構成された一対全（one-to-all）バス構成は、電力および表面積に関して良好に拡大されない。
【０００６】
従って、低い待ち時間および高い帯域幅を呈する光学的な拡張可能な同報通信バスが望まれている。特に、係る光学的な拡張可能バスのオンチップのバージョンが極めて望ましい。
【０００７】
概要
本発明の実施形態は、システムの任意のノードから他の全てのノードに情報を同報通信（broadcast：一斉送信、放送）するための光学的同報通信システムを対象とする。一実施形態において、システムの任意の１つのノードから全てのノードに情報を同報通信するための光学的同報通信システムは、変調器部分および検出器部分を含む光同報通信バスを含む。各ノードは、変調器部分に光学的に結合された変調器を制御し、各ノードは、検出器部分に光学的に結合された検出器を制御する。光パワーソースが、非変調光を光同報通信バスに導入し、ノードの変調器がそのノードの制御下で非変調光を変調して、同報通信バス上のその個々のノードからの情報を搬送する１つ又は複数の光信号を生成する。光同報通信バスは、変調器部分が各ノードの変調器を通過するように構成される。変調器部分の後に、各ノードの検出器を通過する検出器部分が続く。各検出器は、ノードの全てが変調器により生成された光信号を受け取るように検出器部分に光学的に結合される。
【０００８】
本発明による別の実施形態は、システムの任意のノードから全てのノードに情報を同報通信するための方法を含む。その方法は、変調器部分および検出器部分を有する光同報通信バスに非変調光を導入することを含む。光同報通信バスは、ラップアラウンド（wrap-around：循環）の構成を有し、変調器部分は各ノードを通過し、その後に各ノードを通過する検出器部分が続く。方法は、どのノード（単数または複数）が光同報通信バスを介して同報通信することができるか、及びどのノード（単数または複数）が光同報通信バスの変調器部分で非変調光を変調して、変調器部分から検出器部分に進む光信号を生成するかを決定するために調停することを続ける。光信号は、光同報通信バスの検出器部分の全ノードで受け取られる。この方法により、任意の１つのノードは、光バス導波路を用いて情報を全ノードに一度に分配することができる。
【０００９】
更に、幾つかの実施形態において、非変調光をバス導波路に導入することは、波長分割多重（ＷＤＭ）又は高密度波長分割多重（ＤＷＤＭ）を用いて、多数の波長の光をバス導波路に導入することを含む。ＷＤＭ又はＤＷＤＭの使用により、変調器が同じ波長の光を変調しないノードが同時に同報通信することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１Ａ】本発明の実施形態に従って構成された第１の光学的同報通信システムの略図である。
【図１Ｂ】本発明の実施形態に従って構成された第１の光学的同報通信ツリーシステムのツリー接続形態を示す図である。
【図１Ｃ】本発明の実施形態に従って構成された第１の光学的同報通信ツリーシステムの略図である。
【図１Ｄ】本発明の実施形態に従って構成された光学的同報通信ツリーシステムのツリー接続形態を示す図である。
【図１Ｅ】本発明の実施形態に従って構成された光学的同報通信ツリーシステムのツリー接続形態を示す図である。
【図２】本発明の実施形態に従って構成された変調器を示す図である。
【図３】本発明の実施形態による、非変調光の強度変調を表す３つのグラフである。
【図４】本発明の実施形態による、分岐導波路および光タップを介してバス導波路に光学的に結合された検出器を示す図である。
【図５Ａ】本発明の実施形態に従って構成されたエバネセント結合器の上面図である。
【図５Ｂ】本発明の実施形態による、図５Ａに示された線５Ｂ−５Ｂに沿った結合器の断面図である。
【図６】本発明の実施形態に従って構成された調停システムの略図である。
【図７】本発明の実施形態による、光学的同報通信システムを介して同報通信する方法を示す制御流れ図である。
【図８Ａ】本発明の実施形態に従って構成されたマイクロリング共振器および隣接するリッジ型導波路の一部の等角図である。
【図８Ｂ】本発明の実施形態による、マイクロリングに関する透過率対波長のグラフである。
【図９Ａ】本発明の実施形態に従って光検出器として使用されるマイクロリング共振器を示す図である。
【図９Ｂ】本発明の実施形態に従って第１の導波路からの光信号を第２の導波路に結合するために使用されるマイクロリング共振器を示す図である。
【図１０】本発明の実施形態に従ってマイクロリング及びリッジ型導波路の周囲のドーピングされた領域の略上面図である。
【００１１】
詳細な説明
本発明の実施形態は、システムのノードを介して情報を同報通信するための光学的同報通信システムを対象とする。光学的同報通信システムは、任意の１つのノードがシステムの全ノードに同報通信することを可能にし、エニイツーオール（any-to-all）光学的同報通信システムとも呼ばれる。用語「ノード」は、コア、キャッシュ、入力／出力装置、及びメモリ、或いは任意の他の処理、送信または格納装置を表し、用語「ノードシステム」は、例えばコンピュータシステムを表すことができる。エニイツーオール光学的同報通信システムは、１つのノードが同じデータを複数の他のノードに提供することを必要とする状態で複数の処理要素が存在する任意のノードシステムでパワー及び待ち時間を効率的にすることができる。係るシステムの例は、マルチコアのプロセッサにおける複数のコア間のキャッシュ一貫性を維持すること、信号プロセッサのアレイにわたってデータを再分配すること、及びネットワーク交換においてマルチキャストを行うことを含む。現在のデータレートにおいて、電子的同報通信バスは、全集積回路に広がることができない。リピータ及びリタイマを用いて、これらの問題を緩和することができるが、これらは電力および待ち時間を大幅に増す。
【００１２】
同報通信システム及び方法の実施形態は、異なる種類の光学的同報通信システムの略図に関連して以下に説明される。当業者ならば即座に認識されるように、これら同報通信システム及び方法は、異なる数のノードを有するシステムに同報通信の能力を提供するために容易に拡大または縮小され得る。
【００１３】
Ｉ．光学的同報通信システム
図１Ａは、本発明の実施形態に従って構成された第１の光学的同報通信システム１００の略図を示す。同報通信システム１００は、Ｎ個のノードのそれぞれに光学的同報通信の能力を提供し、この場合、Ｎは整数である。図１Ａの例に示されるように、Ｎ個のノードのうち６個だけが示され、ノードは、この例において時計回りで１からＮまで表示されている。同報通信システム１００は、非変調光を導波路に導入（注入）する光パワーソース１０４に一方の端部で光学的に結合されたバス導波路１０２からなる光同報通信バスを含む。バス導波路１０２は３つの部分、即ち、変調器部分１０６、変調器部分１０６の次に来る検出器部分１０８、及び変調器部分１０６を検出器部分１０８に接続するコネクタ部分１０７を含む。例えば、ソース１０４から時計回りで導波路１０２の経路をたどることにより、Ｎ個のノードのそれぞれを通過する導波路１０２の変調器部分１０６、Ｎ個のノードのそれぞれをまた通過する導波路１０２の検出器部分１０８が明らかになり、ノードＮで末端をなす。言い換えれば、この例において、バス導波路１０２のラップアラウンドの構成により、バス導波路１０２はＮ個のノードのそれぞれを２回（変調のために１回、及び検出のために１回）通過することが可能になる。バス導波路１０２は単一の導波路とすることができるか、又はラップアラウンドの構成を通過する一組の導波路から構成され得る。
【００１４】
同報通信システム１００は、変調器部分１０６に光学的に結合されたＮ個の変調器を含む。各変調器は、導波路１０２と光学的に連絡し、関連したノードと電子的に連絡する。例えば、図１Ａに示されるように、変調器１０９〜１１４は、導波路１０２の変調器部分１０６と光学的に連絡し、ノード１、２、ｊ、ｊ＋１、Ｎ−１、及びＮのそれぞれと電子的に連絡する。１つのノードが情報を送るべきである場合、それは情報をその関連した変調器に送り、その変調器は、導波路１０２を通過する１つの波長の非変調光を変調することにより、情報を搬送する光信号を生成する。変調器の例の構成および動作の更に詳細な説明は、変調器と題する第２のサブセクションで以下に提供される。
【００１５】
また、同報通信システム１００は、導波路１０２の検出器部分１０６に光学的に結合されたＮ個の検出器も含む。各検出器は、関連するノードと電子的に連絡する。かくして、検出器は光信号を受け取り、その光信号が搬送している情報を電子信号に変換し、その電子信号はその関連するノードに伝えられる。また、光同報通信バスは、検出器が導波路１０２と光学的に連絡することを可能にする光タップ及び分岐導波路も含む。例えば、図１Ａに示されるように、検出器１１６〜１２０はノード１、２、ｊ、ｊ＋１、及びＮ−１のそれぞれと電子的に連絡し、光タップ１２２〜１２６及び分岐導波路１２８〜１３２のそれぞれを介して導波路１０２の検出器部分１０６と光学的に連絡する。検出器１３４は、導波路１０２の検出器部分１０６と直接的に光学的に連絡し、ノードＮと電子的に連絡する。検出器の例の構成および動作の更に詳細な説明は、検出器と題する第３のサブセクションで以下に提供され、光タップの例の構成および動作の更に詳細な説明は、光タップと題する第４のサブセクションで以下に提供される。
【００１６】
光パワーソース１０４は、ＷＤＭまたはＤＷＤＭを用いてバス導波路１０２に入力されるｐ個の波長の非変調光を出力するように構成され、この場合、ｐは整数である。用語「光」は、種々の異なる波長で構成され得る電磁放射線を意味する。例えば、波長は、電磁スペクトルの可視部分、赤外部、及び／又は紫外部にあることができる。図１Ａの例に示されるように、方向の矢印１３６は、この例において、時計回りの方向で各変調器を通過する導波路１０２に沿って伝播する光の方向を表す。
【００１７】
単一のノードは、導波路１０２に沿って伝播する多くてもｐ個の波長の非変調光を変調して、導波路１０２の変調器部分１０６の残りの部分に沿って情報を搬送する多くてもｐ個の光信号を生成する関連した変調器を制御することにより、バス導波路１０２を介してノードの全てに情報を同報通信する。例えば、ノード２は、導波路１０２に沿って伝達される多くてもｐ個の波長の非変調光を変調して、導波路１０２の変調器部分１０６の残りのノードｊからＮまで送られる情報を搬送する多くてもｐ個の対応する光信号を生成することにより、ノード１からＮまでに情報を同報通信する。次いで、光信号は、導波路１０２の検出器部分１０８に入り、この場合、ノードのそれぞれと関連付けられた各光タップ（例えば、１２２、１２４）は、当該光信号と関連した光信号パワーの一部をその分岐導波路（例えば、１２８、１３０）に分岐する。
【００１８】
留意すべきは、光学的同報通信システム１００の光タップは、バス導波路１０２から同報通信された光信号を順次に分岐する。しかしながら、このようにして光信号を順次に分岐することに関連した光パワーの損失は、大きくなる可能性がある。本発明の他の実施形態において、光パワー損失は、光学的同報通信システムを光タップのツリー状光同報通信バスで構成することにより、低減され得る。幾つかの実施形態において、ツリー状光同報通信バスを実現するために、導波路の分岐点に適切な分配器が使用され得る。各分配器は、入来する光信号を、それぞれがほぼ同じ光パワーを伝える複数の出力光信号に分割するように構成される。
【００１９】
図１Ｂは、本発明の実施形態に従って構成された第１の光学的同報通信ツリーシステム１４０のツリー接続形態を示す。同報通信システム１４０は、二分木構成を有する光同報通信ツリーバス１４２を含む。特に、同報通信ツリーバス１４２は、ソース１０４に一方の端部で光学的に結合されたバス導波路の変調器部分１４４を含む。同報通信ツリーバス１４２は、三段の光タップから構成される。第１段は、バス導波路の変調器部分１４４、第２段の光タップ１４８、及び第３段の光タップ１５０に光学的に結合された根元の光タップ１４６を含む。図１Ｂの例に示されるように、光タップ１４８のそれぞれは、この例において単一の分岐導波路１５２で実現されて示される導波路分岐を介して根元の光タップ１４６に光学的に結合され、別個の分岐導波路１５４を介して２つの光タップ１５０に光学的に結合される。また、図１Ｂは、各光タップ１５０が別個の分岐導波路１５６を介して２つの検出器に結合されることも明らかにする。
【００２０】
同報通信ツリーバス１４２は、８ノードシステムの同報通信をサポートするように構成される。同報通信システム１４０の検出器は、文字「Ｄ」により表され、それぞれは下付き文字１〜８により別々に識別される。また、同報通信システム１４０は、文字「Ｍ」により表される８個の変調器も含み、各変調器は、下付き文字１〜８により別々に識別される。変調器はバス導波路の変調器部分１４４に光学的に結合される。同じ下付き文字を有する各変調器および対応する検出器は、同じノードにより制御される。例えば、変調器３及び検出器３は、同じノード（図示せず）に電子的に結合される。
【００２１】
図１Ｃは、本発明の実施形態に従って構成された第１の光学的同報通信ツリーシステムの略図を示す。図１Ｃは、図１Ｂに示された接続形態が、関連するノードと電子的に連絡する変調器１〜８及び対応する検出器１〜８のそれぞれを配置するラップアラウンドの構成で実現され得る１つの態様を明らかにする。また、このラップアラウンドの構成により、各ノードが同じクロックスキューで光信号を変調および検出することも可能になる。
【００２２】
ソース１０４は、ＷＤＭ又はＤＷＤＭを用いてバス導波路１４４にｐ個の波長の非変調光を出力する。ノードの任意の１つが、バス導波路１４４に沿って伝播する多くてもｐ個の波長の非変調波長の光を変調して、分岐導波路に情報を搬送する多くてもｐ個の光信号を生成するように関連した変調器を制御することにより、バス導波路１４４を介してノードの全てに情報を同報通信することができる。図１Ｂ〜図１Ｃにおいて、光タップは５０：５０として識別され、又はそれぞれがほぼ同じ光パワーを有する２つの同一の光信号へ各光信号を分割する二股分配器である。かくして、全光信号は３つの光タップを通過し、ほぼ同じ光パワーで検出器に到達する。例えば、ノード３は、変調器３と電子的に連絡し、バス導波路１４４に沿って伝達される多くてもｐ個の波長の非変調光を変調して、多くてもｐ個の対応する光信号を生成するように変調器３を制御することにより、８つのノードの全てに情報を同報通信することができる。根元の光タップ１４６及び光タップ１４８及び１５０は、検出器１〜８のそれぞれがほぼ同じ光パワーを有する同じ光信号を受け取るように、光信号を分割する。
【００２３】
同報通信システム１４０は、光信号を８つのノードに同報通信するために５０：５０の光タップを利用する同報通信システムの単なる例である。同報通信システム１４０は、様々なノードシステムの同報通信に対処するために、拡大または縮小され得る。これは、光タップ段の数を調整することにより達成され得る。変調器と検出器との間の分岐導波路の任意の経路における５０：５０の光タップの数の数学的関係は、以下の式により与えられる。即ち、
log２Ｎ＝ＮＳＬ
ここで、ＮＳＬは、光タップ段の数であり、２を底とする対数は、光タップから出力される２つの光信号に対応する。例えば、８ノードの同報通信システム１４０の場合、光信号は３つの光タップ段を通過する。４ノードのシステムの場合、光タップ段の数は２であり、１６ノードのシステムの場合、光タップ段の数は４である。
【００２４】
図１Ｄは、本発明の実施形態に従って構成された第２の光学的同報通信ツリーシステム１６０のツリー接続形態を示す。同報通信システム１６０は、四分木構成を有する光同報通信ツリーバス１６２を含む。特に、同報通信ツリーバス１６２は、ソース１０４に一方の端部で光学的に結合されたバス導波路の変調器部分１６４を含む。同報通信ツリーバス１６２は、二段の光タップを含む。第１段は、バス導波路１６４、及び第２段の光タップ１６８に光学的に結合された根元の光タップ１６６を含む。図１Ｃの例に示されるように、光タップ１６８のそれぞれは、単一の分岐導波路１７０を介して根元の光タップ１６６に光学的に結合され、別個の分岐導波路１７２を介して４つの検出器に光学的に結合される。
【００２５】
同報通信ツリーバス１６２は、１６ノードシステムの同報通信をサポートするように構成される。同報通信システム１６０の検出器も、文字「Ｄ」により表され、それぞれは下付き文字１〜１６により別々に識別される。また、同報通信システム１６０は、文字「Ｍ」により表される８個の変調器も含み、各変調器は、下付き文字１〜１６により別々に識別される。変調器はバス導波路の変調器部分１６４に光学的に結合される。同じ下付き文字を有する各変調器および対応する検出器は、１６ノードシステムの同じノード（図示せず）と電子的に連絡する。例えば、変調器２及び検出器２は、同じノード（図示せず）に電子的に結合される。
【００２６】
ソース１０４は、ＷＤＭ又はＤＷＤＭを用いてバス導波路１６４にｐ個の波長の非変調光を出力する。ノードの任意の１つが、バス導波路１６４に沿って伝播する多くてもｐ個の波長の非変調波長の光を変調して、分岐導波路に情報を搬送する多くてもｐ個の光信号を生成するように関連した変調器を制御することにより、バス導波路１６２を介してノードの全てに情報を同報通信することができる。光タップは、各光タップに入射する光信号を、それぞれがほぼ同じ光パワーを有する４つの同一の光信号へ分割する四股（4-way）分配器である。かくして、全光信号は２つの光タップを通過し、ほぼ同じ光パワーで検出器に到達する。例えば、変調器２と電子的に連絡するノードは、バス導波路の変調器部分１６４に沿って伝達される多くてもｐ個の波長の非変調光を変調して、多くてもｐ個の対応する光信号を生成するように変調器２を制御することにより、１６個のノードの全てに情報を同報通信することができる。根元の光タップ１６６及び導波路の検出器部分の光タップ１６８は、検出器１〜１６のそれぞれがほぼ同じ光パワーを有する同じ光信号を受け取るように、光信号を分割する。
【００２７】
同報通信システム１６０は、光信号を１６個のノードに同報通信するために四股光タップを利用する同報通信システムの単なる例である。同報通信システム１６０は、様々な異なるシステムの同報通信に対処するために、拡大または縮小され得る。これは、光タップ段の数をそれに応じて調整することにより達成され得る。変調器と検出器との間の分岐導波路の任意の経路における四股光タップの数の数学的関係は、以下の式により与えられる。即ち、
log４Ｎ＝ＮＳＬ
ここで、４を底とする対数は、光タップから出力される４つの光信号に対応する。例えば、１６ノードの同報通信システム１６０の場合、光信号は２つの光タップ段を通過する。４ノードのシステムの場合、光タップ段の数は１であり、３２ノードのシステムの場合、光タップ段の数は４である。
【００２８】
一般に、ノードの数Ｎ、各光タップからの出力光信号の数ｑ、及び変調器と検出器との間の分岐導波路の各経路に沿って配置される光タップ段の数ＮＳＬの数学的関係は、以下の式により与えられる。即ち、
logｑＮ＝ＮＳＬ。
【００２９】
他の実施形態において、異なるタイプの光学的同報通信ツリーシステムは、ほぼ同じ光パワーを有する光信号を検出器に送出するように構成され得る。これらの実施形態において、光同報通信バスの各光タップ段は、異なるタイプの光タップから構成され得る。例えば、図１Ｅは、本発明の実施形態に従って構成された第３の光学的同報通信ツリーシステム１８０のツリー接続形態を示す。光同報通信ツリーバス１８２は、５０：５０の根元の光タップ１４６、第１段の５０：５０光タップ１４８、及び分岐導波路１５２及び１５４を接続することが同報通信ツリーバス１６２の分岐導波路１７０を有する単一の根元の四股光タップ１６６に置き換えられていることを除いて、同報通信バス１４２にほぼ等しい。光同報通信ツリーバスの検出器部分１８２により、変調器１〜８により生成された光信号が、ほぼ同じ光パワーで検出器１〜８の全てに到達することが可能になる。
【００３０】
第２及び第３の光学的同報通信ツリーシステム１６０及び１８０で表されたツリー接続形態のそれぞれは、他のノードの全てにおける検出器により受け取られることができる変調光信号を１つのノードの変調器が同報通信することができるように、変調器部分、次に検出器導波路部分が続くラップアラウンドの構成で実現され得る。また、これらのラップアラウンドの構成により、各ノードが同じクロックスキューで光信号を変調および検出することも可能になる。
【００３１】
留意すべきは、光同報通信バスの構成は、図１Ａ及び図１Ｃに示された簡単なバス導波路の構成に限定されない。他の構成は、ノードが如何にして配列されるかによって実現可能である。例えば、変調器部分および検出器部分は、蛇のように６４個のノードのそれぞれの傍らを縫うように曲がりくねるラップアラウンドの構成でバス導波路の変調器部分および検出器部分を構成することにより、８×８の６４ノードシステムの６４個のノードのそれぞれを通過するように構成され得る。
【００３２】
独立したクロックを用いる同期システムにおいて、システムクロックの分配は、クロック及びデータの相対的なタイミングが維持されるように、同報通信と同じ接続形態に従う。代案として、多数の考えられるスキームは、導波路で１つの波長をクロック専用にすることにより、又は８ｂ１０ｂ符号化のようなクロックのデータとの符号化を用いることにより、同じ導波路でクロックをデータと共に経路指定するために存在する。
【００３３】
II．変調器
図２は、本発明の実施形態に従って構成された変調器２０２を示す。変調器２０２は、バス導波路２０６に隣接して配置された共振器２０４のような、ｐ個の共振器を含む。共振器は、特定の波長の光と共振するように構成され得る波長選択的な素子のタイプである。各共振器は、導波路２０６と光学的に連絡し、ノード（図示せず）に電子的に結合される。図２の例で示されるように、λ１・・・λｐにより示されたｐ個の別個の非変調波長から構成される光は、光パワーソース１０４（図示せず）から出力されて、バス導波路２０６により伝えられる。共振器はそれぞれ電子的に同調可能であり、各共振器は、適切な電圧が印加された場合に波長λ１・・・λｐの１つと共振するように構成され、この場合、共振器は「アクティブ」であると言われる。図２に示されるように、共振器のそれぞれは、各共振器がアクティブである場合に共振する波長を識別するために、波長λ１・・・λｐの１つで表示される。共振器がアクティブである場合、それは、エバネセント結合を介してバス導波路２０６から関連した波長の光を抽出する。捕らえられた光は、共振器に関連した損失によって最終的に減衰し漏出する。共振器がアクティブである間、導波路２０６により伝えられる光の強度（輝度）または振幅は、アクティブな共振器で低下する。電圧がもはや印加されない場合、共振器の共振波長は、光の波長からそれて、導波路２０６により伝えられる光の強度または振幅は戻り、当該光はバス導波路２０６に沿って邪魔されずに伝播して当該共振器を通過する。電圧が共振器に印加されない場合、共振器は「イナクティブ」であると言われる。
【００３４】
ノードは、共振器のそれぞれに電圧信号を印加することにより光信号を生成する。各電圧信号は、電子的に結合されたノードから出力される二進情報を表す「オン」及び「オフ」、又は「高」及び「低」の電圧のパターンからなる。例えば、「オン」電圧は、二進数「０」を表すことができ、「オフ」電圧は、二進数「１」を表すことができる。単一の共振器に印加される「オン」電圧および「オフ」電圧のパターンにより、共振器はそれに応じてアクティブ状態とイナクティブ状態との間で切り換えられ、それにより同じ波長の光の振幅が変調される。当該変調光は、導波路２０６に沿って伝達される「低」及び「高」の強度パターンからなる光信号であり、この場合、「低」の強度は、二進数「０」を表すことができ、「高」の強度は、二進数「１」を表すことができる。言い換えれば、光信号の「低」及び「高」の強度パターンは、電圧信号の「オン」及び「オフ」の電圧パターンに対応する。
【００３５】
図３は、ノード（図示せず）により提供される特定の電圧パターンによる、特定の波長λｋの非変調光の強度変調を表す３つのグラフを示す。第１のグラフ３０２は、共振器２０４を通過する前に、導波路２０６により伝えられる波長λｋの非変調光の実質的に連続的な強度を表す。第２のグラフは、変調器２０２に電子的に結合されたノード（図示せず）により生成された二進数「０１０１０」を表す「オン」及び「オフ」の電圧パターンを表す。グラフ３０４の電圧パターンは、共振器２０４に印加される。第３のグラフ３０６は、共振器２０４を通過した直後に導波路２０６により伝えられる、バーλｋにより示された同じ波長の光信号の「低」及び「高」の強度パターンを表す。グラフ３０４及び３０６は、二進数「０」を表すのに十分に長い時間の間に、共振器２０４に「オン」電圧が印加される場合に、共振器２０４の近くの波長λｋの光の強度がほぼ同じ時間の間に低になることを明らかにする。電圧が二進数「１」を表すのに十分に長い時間の間に「オフ」にされる場合、共振器２０４の近くの波長λｋの光の強度は、ほぼ同じ時間の間に元に戻される。言い換えれば、光信号の「低」及び「高」の強度パターンも二進数「０１０１０」を表す。「オン」電圧が共振器２０４に印加される場合、共振器２０４は、導波路２０６から波長λｋの光を抽出し、それに応じて共振器２０４を通過する光の強度が「高」から「低」に降下する。しかしながら、電圧が「オフ」にされるとすぐに、共振器２０４の共振は光の共振からそれて、光が導波路２０６から共振器２０４へ吸収されていることを中止し、共振器２０４を通過する光の強度が「高」に戻される。結果として、「オン」及び「オフ」の電圧パターンで符号化された同じデータがそれぞれ、「低」及び「高」の強度で示される。変調器は、約１０Gbits／秒を超える変調速度で動作され得る。
【００３６】
図２に戻ると、変調器２０２のｐ個の共振器は、ｐ個の波長λ１・・・λｐの光のそれぞれを別個に変調して、バーλ１・・・バーλｐにより示されるｐ個の対応する光信号を生成するように独立して動作され得る。
【００３７】
III．検出器
図４は、本発明の実施形態に従って構成された検出器４０２を示す。検出器４０２はノード（図示せず）に電子的に結合されたｐ個の共振器から構成される。上述した変調器２０４の共振器とは異なり、検出器４０２の共振器は永久的にアクティブ、共振状態に保たれる。代わりに、検出器４０２の各共振器は、ｐ個の光信号の１つと共振するように構成される。結果として、検出器４０２の各共振器は、エバネセント結合を介して、対応する波長の光を抽出する。また、検出器４０２の各共振器は、検出器部分と共に構成される。例えば、共振器４０８は、検出器部分４１０と共に構成される。光信号バーλｐ−５は、共振器４０８へエバネセント結合される。検出器部分４１０は、共振器４０８に捕らえられた光信号バーλｐ−５の「低」及び「高」の強度パターンを、電子的に結合されたノード（図示せず）に伝達される対応する「オン」及び「オフ」の電気信号へ変換する。検出器４０２のｐ個の共振器は、分岐導波路４０４からのｐ個の光信号バーλ１・・・バーλｐのそれぞれに別個にエバネセント結合して、電子的に結合されたノード（図示せず）に伝達されるｐ個の別個の対応する電気信号を生成するように独立して動作することができる。
【００３８】
IV．光タップ
図１Ａに戻ると、概して、光タップは、Ｎ個の検出器のそれぞれがほぼ同じ光パワーを有するｐ個の光信号のそれぞれを受け取るように構成される。これは、数１の式に従って、光信号パワーの一部分（数分の一）（Ｒｎ）を光学的に結合された分岐導波路に分岐し、数２の式に従って光信号パワーの一部分（数分の一）（Ｔｎ）をバス導波路１０２に伝達するように各光タップを理想的に構成することにより達成され得る。
【００３９】
【数１】
2011526104.tif 000003
【００４０】
【数２】
2011526104.tif 000004
【００４１】
ここで、理想的にはＲｎ＋Ｔｎ＝１であり、１≦ｎ≦（Ｎ−１）であり、且つ１が光タップ１２２を表し、（Ｎ−１）が光タップ１２６を表すように、ｎはバス導波路１０２に沿って配置された光タップの添え字を表す整数である。
【００４２】
しかしながら、実際には、バス導波路１０２及び光タップは、光信号がバス導波路１０２に沿って伝播する際に光信号を減衰させる可能性がある光パワー損失の一因となる。Ｎ個のノードの全てに光信号が同報通信され得るように、バス導波路１０２に導入される必要がある光パワーの量は、以下の数３により求められ得る。
【００４３】
【数３】
2011526104.tif 000005
【００４４】
ここで、Ｄは各検出器に到達する光パワーを表し、ｂは、導波路および光タップの損失を考慮した後の伝達される一部分（数分の一）の光パワーを表す。光タップ１における光パワーの分岐対伝達の比は、数４により与えられる。
【００４５】
【数４】
2011526104.tif 000006
【００４６】
後続の光タップの比は、数５により与えられる。
【００４７】
【数５】
2011526104.tif 000007
【００４８】
任意の数の様々な光分岐デバイスが光タップに使用され得る。エバネセント結合器は、本発明で利用され得る一つの種類の光タップである。図５Ａは、本発明の実施形態に従って構成されたエバネセント結合器５００の上面図を示す。様々な種類のエバネセント結合器の一般的な説明については、S. J. Hewlett他著、「Analysis and design of highly broad-band, planar evanescent couplers」、Optical and Quantum Electronics, vol. 28、pp71-81（1996年）を参照されたい。結合器５００は、２つのリッジ型導波路５０２及び５０４から構成され、それらの双方は、波線５０６と５０８との間の距離Ｌｃの均一の中央領域につながる、一定の曲げ半径の湾曲した入力／出力アームを有し、導波路の中心間の離隔距離ｄを有する。リッジ型導波路５０２は、光信号を検出器に伝える分岐導波路の一部とすることができ、リッジ型導波路５０４は、光信号を伝える同報通信の導波路１０２の一部とすることができる。導波路５０２及び５０４は、空気のクラッディングを有することができ、又は導波路５０２及び５０４は、導波路を構成する材料よりも比較的小さい屈折率を有する材料内に埋め込まれ得る。結合器５００は、湾曲した入力および出力アームからの結合、及びエバネセント結合が最も強い中央領域からの結合への寄与を考慮するように設計され得る。
【００４９】
図５Ｂは、本発明の実施形態による、図５Ａに示された線５Ｂ−５Ｂに沿った結合器５００の中央領域の断面図を示す。導波路は、異なる長方形の断面形状を有する。図５Ｂの例に示されるように、導波路は、ほぼ同じ高さを有するが、異なる導波路の縦横比ｗ１／ｈ及びｗ２／ｈに対応する異なる幅を有する。
【００５０】
波線５０６により特定される点において、単位光パワーの光信号が導波路５０４のポート４に導入され、且つ導波路５０２のポート１にゼロの光パワーが導入される場合、波線５０８におけるポート２及び３を出射する光信号の一部分（数分の一）のパワーは、以下の式により説明される。即ち、
ＦＰ２＝Ｆ２sin２φ、及び
ＦＰ３＝１−Ｆ２sin２φ
ここで、φ＝Ｃ０Ｌｃ／Ｆ、Ｆ２は、導波路間で移動する一部分の光パワーの最大値を表し、Ｃ０は、導波路の離隔距離の増大と共に指数関数的に減少する結合係数を表す。
【００５１】
図１Ｂ〜図１Ｄに戻ると、光同報通信ツリーの分岐点に配置された光タップは、図１Ｂの光学的同報通信ツリーシステム１４０に利用される５０：５０分配器として動作するように適切に構成されることができ、Ｒ＝Ｔ＝１／２、又はＹ字型導波路で理想的に構成された光タップとすることができる。光学的同報通信ツリーシステム１６０の四股光タップは、Ｒ＝Ｔ＝１／２、又は３つの連続するＹ字型導波路で理想的に構成された３つの連続する光タップを用いて構成され得る。
【００５２】
V．オンチップ具現化形態
上述された光学的同報通信システムは、単一のチップ上の光学層で実現され得る。例えば、特定の実施形態において、チップのサイズは、約２５×２５ｍｍとすることができ、６４個以上のノードを有することができる。導波路は、約２００×５００ｎｍの断面寸法を有することができ、変調器および検出器は、約４０〜６０μｍの範囲にわたる長さを有することができ、マイクロリングは、０．５〜５μｍだけ離されることができ、マイクロリングの直径は、約１〜２０μｍの範囲にわたることができ、光タップの長さＬｃは、約０．０２〜１ｍｍの範囲にわたることができる。留意すべきは、これらの寸法の範囲は、例示的な範囲を表しており、本発明の光学的同報通信システムが利用され得る寸法の広い範囲を制限することを決して意図していない。かくして、これらの寸法および寸法の範囲は、特定の具現化形態に応じて変化することができる。
【００５３】
VI．調停
２つのノードが同時に同報通信することができるが、同報通信するノードは、各ノードの同報通信の伝送にわたって変調することができない。例えば、非変調光がバス導波路１０２上の２つのノードを通過する場合、これらのノードは、異なる波長の光を変調することにより同時に同報通信することができる。例えば、図１Ａに戻ると、ノード１及びｊがバス導波路１０２上で同時に同報通信することを許可されたと仮定する。ノード１は、光パワーソース１０４から出力された特定の波長の非変調光を変調して、バス導波路１０２の変調器部分１０６に伝達される光信号を生成する。ノードｊが、ノード１により生成された同じ波長の光信号を変調する場合、変調プロセスは、ノード１により生成された光信号により伝えられる情報を破壊する。更に、ノードｊが既に変調された光信号を変調しているので、ノード１により生成された光信号にノードｊが埋め込もうとしている任意の情報も理解できない。かくして、ノード１及びノードｊが、ソース１０４により生成された異なる波長の光を変調する限り、双方のノードは同時に同報通信することができる。
【００５４】
２つ以上のノードが同報通信に悪影響を与えることを防止するために、各ノードは、全ノードに情報を同報通信するための時間の間、光同報通信バス又は特定の波長の排他的な使用を許可される。調停は、良く知られた電子ベースの調停システム及び方法を用いて実行されることができ、又は調停は、以下のような全光システム及び方法を用いて実行され得る。
【００５５】
図６は、本発明の実施形態に従って構成された調停システム６００の略図を示す。調停システム６００は、トークンリング導波路６０２、及び光パワーソース６０６に結合されたパワー導波路６０４を含む。調停システム６００は、それぞれＮ個のノードの１つに電子的に結合され、且つトークンリング導波路６０２及びパワー導波路６０４の双方に光学的に結合されたＮ個の注入装置（インジェクタ）を含む。また、調停システム６００は、Ｎ個のノードのそれぞれに電子的に結合され、且つトークンリング導波路６０２に光学的に結合されたＮ個のダイバータも含み、当該ノードは当該ダイバータをそれぞれ制御する。この例において、ダイバータは、トークンリング導波路６０２の内部領域内で、トークンリング導波路６０２に隣接して配置される。特定の実施形態において、導波路６０２及び６０４は、マイクロリング及びリッジ型導波路のサブセクションで以下に説明される、リッジ型導波路とすることができる。
【００５６】
ソース６０６は、ソース１０４と同じとすることができるか、又は異なる波長からなる非変調光をパワー導波路６０４に導入するためにＷＤＭ又はＤＷＤＭを利用する異なる光パワーソースとすることができる。光は、方向の矢印６０８により識別される方向に進む。各波長の光は、異なる資源（リソース）に関連付けられ得る。資源は、出力ポートのような特定のノードに位置することができるか、又は資源は、光同報通信バス、又は光パワーソース１０４から出力された複数の波長の光のような、２つ以上のノードにより使用され得る共通の資源または共用の資源とすることができる。例えば、ソース６０６から出力された、λＢＷにより示された波長は、光同報通信バスを表すために割り当てられ得る。
【００５７】
また、Ｎ個の注入装置のそれぞれは、一組の電子的に同調可能な共振器から構成される。各共振器は、ソース６０６により導入される光の波長の１つと共振するように構成され得る。共振器は、電子的に結合されたノードによりアクティブな状態に（活性化）される場合、それは、エバネセント結合を介して、隣接するパワー導波路６０４から光を抽出し、当該光がエバネセント結合を介してトークンリング導波路６０２に伝達される前の時間の間に、抽出された光を共振器内に捕らえる。次いで、光は、方向の矢印６１０により識別される方向にトークンリング導波路６０２で伝播する。もはや電圧が印加されない場合、共振器の共振波長は光の波長からそれて、光はパワー導波路６０４に沿って邪魔されずに伝搬して共振器を通過するが、トークンリング導波路６０２に導入される光は、反時計方向に循環し続ける。
【００５８】
Ｎ個のダイバータのそれぞれは、一組の電子的に同調可能な共振器から構成される。ダイバータの共振器のそれぞれは、トークンリング導波路６０２から特定の波長の光を抽出するように構成される。共振器は、図４に関連して上述されたように、共振器が特定の波長の光を抽出する場合に、光がトークンリング導波路６０２から抽出されたことを示すために、電子的に結合されたノードに電子的に伝達される電気信号を検出器部分が生成するように、検出器と共に構成され得る。
【００５９】
トークンリング導波路６０２に導入される特定の波長の光は、「トークン」と呼ばれる。トークンは、特定の関連した資源を使用するための権利を伝える特定の波長の光パルスの形態とすることができる。例えば、光同報通信バスに関連したトークンは、トークンリング導波路６０２での波長λＢＷの光パルスの存在により表され得る。
【００６０】
資源の調停は、以下のように調停システム６００を用いて実行され得る。一般に、調停を始める前に、各資源が、パワー導波路６０４へソース６０６により導入される特定の波長の光を割り当てられる。波長λＢＷを有するトークンは、特定の資源を使用できることを判定するために、Ｎ個のノードにより使用される。トークンλＢＷがトークンリング導波路６０２で循環している場合、資源は使用できる。１つのノードは、そのノードに電子的に結合されたダイバータの共振器を介してトークンリング導波路６０２からトークンλＢＷを抽出するときだけ、資源を使用することができる。トークンλＢＷは共振器内に捕らえられ、検出器部分は、トークンλＢＷの存在を確認する電子的に結合されたノードに電気信号を伝達する。次いで、当該ノードは資源を使用し始める。資源の使用を必要とする他のノードは、トークンλＢＷがトークンリング導波路６０２で入手できるまで待機する必要がある。当該ノードが資源の使用を終了した場合、当該ノードは、トークンリング導波路６０２へ波長λＢＷを有するトークンを導入するために、電子的に結合された注入装置の共振器を利用することにより、トークンリング導波路６０２でトークンλＢＷをよみがえらせる。
【００６１】
VII．同報通信の方法
図７は、本発明の実施形態による、光学的同報通信システムを介して同報通信する方法を示す制御流れ図を示す。ステップ７０１において、図１に関連して上述されたように、ｐ個の異なる波長からなる非変調光がバス導波路へ導入される。ステップ７０２のforループにおいて、ステップ７０３〜７０６は各同報通信に関して繰り返される。ステップ７０３において、図６に関連して上述された方法およびシステムのような、調停方法およびシステムは、どのノードがバス導波路で同報通信することを許可されているかを決定（判定）するために使用される。ステップ７０４において、図２〜図３に関連して上述されたように、同報通信するための許可を有する１つのノードが非変調光を変調して、バス導波路に配置される光信号を生成する。ステップ７０５において、図４〜図５に関連して上述されたように、ノードの全てが、バス導波路から光信号の一部を抽出する。ステップ７０６において、方法は戻り、バス導波路で次の同報通信のために再開始する。
【００６２】
VIII．マイクロリング共振器およびリッジ型導波路
特定のシステムの実施形態において、導波路はリッジ型導波路とすることができ、共振器はマイクロリング共振器とすることができる。図８Ａは、基板８０６の表面に配置され、本発明の実施形態に従って構成されたマイクロリング共振器８０２、及び隣接するリッジ型導波路８０４の一部の等角図を示す。導波路８０４に沿って伝達される光信号は、光信号が以下の共振条件、即ち
ｎeffＣ＝λｍ
を満たす場合に、導波路８０４からマイクロリング８０２へエバネセント結合される。ここで、ｎeffはマイクロリング８０２の有効屈折率であり、Ｃはマイクロリング８０２の円周であり、ｍは整数であり、λは光信号の波長である。積ｎeffＣはキャビティの光路長である。言い換えれば、波長λの整数の倍数である波長を有する光信号は、導波路８０４からマイクロリング８０２へエバネセント結合される。
【００６３】
エバネセント結合は、光のエバネセント波が、マイクロリングのような１つの媒体から、リッジ型導波路のような別の媒体へ伝達される、及び逆もまた同じであるプロセスである。例えば、マイクロリング共振器８０２とリッジ型導波路８０４との間のエバネセント結合は、導波路８０４で伝播する光により生じたエバネセント場がマイクロリング８０２へ結合する場合に生じる。マイクロリング８０２がエバネセント場のモードをサポートするように構成されていると仮定する場合、エバネセント場はマイクロリング８０２で伝播する光を生じ、それにより導波路８０４からの光をマイクロリング８０２へエバネセント結合する。
【００６４】
図８Ｂは、図８Ａに示されたマイクロリング８０２及び導波路８０４に関する透過率対波長のグラフを示す。水平線８０８は、波長軸を表し、縦線８１０は透過率の軸を表し、曲線８１２は、波長の範囲にわたってマイクロリング８０２を通過する光信号の透過率を表す。マイクロリング８０２を通過する光信号の透過率は、以下により定義される。即ち、
Ｔ＝Ｉout／Ｉin
ここで、Ｉinは、マイクロリング８０２に到達する前に導波路８０４に沿って伝播する光信号の強度であり、Ｉoutはマイクロリング８０２を通過した後に導波路８０４に沿って伝播する光信号の強度である。透過率の曲線８１２の最小値８１４及び８１６は、波長λｍ＝Ｌ／ｍ及びλｍ＋１＝Ｌ／（ｍ＋１）を有する光信号のゼロの透過率に対応し、ここでＬはキャビティの光路長である。これらの波長は、多くの規則的に離間した最小値の２つだけを表す。上記の共振条件を満たすこれらの光信号は、マイクロリング８０２との「強い共振」を有すると言われ、導波路８０４からマイクロリング８０２へエバネセント結合される。波長λｍ及びλｍ＋１の周囲の狭い波長領域において、透過率の曲線８１２は、光信号の波長が波長λｍ及びλｍ＋１から遠くに離れるほど、透過率が急激に増加することを明らかにする。言い換えれば、共振の強さが減少し、導波路８０４からマイクロリング８０２へ結合された光信号の一部は、光信号の波長が共振波長から遠くに離れるほど減少する。領域８１８〜８２０の波長を有する光信号は、マイクロリング８０２を実質的に邪魔されずに通過する。
【００６５】
マイクロリング共振器のエバネセント結合の特性により、マイクロリング共振器を用いて、隣接する導波路に沿って伝達される特定の光信号を検出することができるか、又はマイクロリング共振器を用いて、１つの隣接する導波路からの特定の波長の光信号を別の隣接する導波路へ結合することができる。図９Ａは、本発明の実施形態に従って検出器部分９０２に結合されたマイクロリング共振器８０２を示す。マイクロリング８０２と共振する波長を有する光信号は、導波路８０４からマイクロリング８０２へエバネセント結合され、導波路８０２内で循環している間の一時期、捕らえられたままである。検出器部分９０２は、マイクロリング８０２のＳｉＧｅドーピングされた領域とすることができる。検出器部分９０２は、マイクロリング８０２内で循環する光信号を吸収し、当該光信号を電子信号に変換し、その電子信号は、電子的に結合されたノードへ信号線を介して伝達され得る。図９Ｂは、本発明の実施形態に従って導波路８０４からの光信号を第２の導波路９０４に結合するために使用されるマイクロリング共振器８０２を示す。マイクロリング８０２と共振する波長を有する光信号は、導波路８０４からマイクロリング８０２へエバネセント結合される。光信号はマイクロリング８０２で循環し、導波路９０４へエバネセント結合される。留意すべきは、光信号は、一方向に導波路８０４に沿って伝達され、第２の導波路９０４へ結合された光信号は、反対方向に伝達される。
【００６６】
マイクロリング８０２は、マイクロリング８０２及び導波路８０４の周囲の基板８０６の領域を適切な電子ドナー及び電子受容体原子または不純物でドーピングすることにより、電子的に同調可能にされ得る。図１０は、本発明の実施形態に従ってマイクロリング８０２及びリッジ型導波路８０４の周囲のドーピングされた領域の略上面図を示す。特定の実施形態において、マイクロリング８０２は、真性半導体からなる。ｐ型半導体領域１００１が、マイクロリング８０２の内側の半導体基板に形成されることができ、ｎ型半導体領域１００２及び１００３が、マイクロリング８０２の外側の周囲、及び導波路８０４の反対側の半導体基板８０６に形成され得る。ｐ型領域１００１並びにｎ型領域１００２と１００３は、マイクロリング８０２の周りにp-i-n接合を形成する。他の実施形態において、ドーパントは、マイクロリング８０２の内側の基板にｎ型半導体領域１００１を形成し、マイクロリング８０２の外側の周囲の基板にｐ型半導体領域１００２と１００３を形成するために入れ換えられ得る。
【００６７】
電子的に同調可能なマイクロリング８０２は、適切な電圧がマイクロリングの周囲の領域に印加される場合に、隣接する導波路からの光をエバネセント結合またはエバネセント的に分岐するように構成され得る。例えば、電子的に制御されるマイクロリング８０２は、導波路８０４に沿って伝播する波長λを有する光信号が以下のように、即ち、
ｎ’effＣ≠ｍλ
の共振条件を満たさないように、円周Ｃ及び有効屈折率ｎ’effで構成され得る。ここで、ｎ’effＣは共振器の光路長である。この光信号は、邪魔されずにマイクロリング８０２を通過し、そのマイクロリング８０２は、「オフ」にされていると言われる。他方では、マイクロリング８０２は、適切な電圧がマイクロリング８０２に印加される場合に有効屈折率ｎ’effが屈折値ｎeffにシフトし、光信号が共振条件、即ち、
ｎeffＣ＝ｍλ
を満たすように、適切な材料で形成され得る。
【００６８】
光信号が現在、導波路８０４からマイクロリング８０２へ結合され、マイクロリング８０２は「オン」にされていると言われる。電圧がその後「オフ」にされる場合、マイクロリング８０２の有効屈折率はｎ’effに戻るようにシフトし、同じ光信号は邪魔されずに導波路８０４に沿って伝播する。
【００６９】
留意すべきは、本発明のシステムの実施形態は、マイクロリング共振器およびリッジ型導波路に制限されない。他の実施形態において、導波路に沿って伝播する特定の波長の光と結合するように構成され得る任意の適切な共振器が使用され得る。
【００７０】
説明のための上記説明は、本発明の完全な理解を提供するために特定の学術用語を使用した。しかしながら、当業者には理解されるように、本発明を実施するために、特定の細部は必要でない。本発明の特定の実施形態に関する上記説明は、例示および説明のために提示された。それらは、本発明を網羅的にする、又は開示された全く同一の形態に本発明を制限することを意図されていない。明らかに、多くの変更形態および変形が上記の教示に鑑みて可能である。実施形態は、本発明の原理およびその実際の役に立つ応用形態を最も良く説明するために図示および説明され、それにより当業者が、企図された特定の用途に適合するように様々な変更と共に本発明および様々な実施形態を最も良く利用することが可能になる。本発明の範囲は、以下の特許請求の範囲およびそれらの等価物により定義されることが意図されている。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
2011526104.tif 000009
【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図１Ｅ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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