(57)【要約】【課題】ノード間導波路上に光信号が多重化された導波路アーキテクチャを使用した光ニューラル・コンポーネントを提供する。【解決手段】光ニューラル・コンポーネントが、光送信機と、光受信機と、基板上に形成されたノード間導波路と、ノード間導波路上に入力光信号を多重化するように構成されたマルチプレクサと、光送信機から発せられた光信号を受信するように、かつ受信された光信号を、マルチプレクサを介してノード間導波路に送信するように構成された、送信する導波路と、ノード間導波路上で伝播する光信号を部分的に反射するミラーと、ミラーによってもたらされる反射された光信号を受信するように、かつ反射された光信号を光受信機に送信するように構成された受信する導波路と、反射された光信号に重みを適用するように構成されたフィルタとを含む。送信する導波路、および受信する導波路は、交差する導波路のうちの一方の導波路のコアが他方の導波路のコアもしくはクラッドを通過して、送信する導波路のうちの１つ、および受信する導波路のうちの１つが、ノード間導波路のうちの１つと交差するように基板上に形成される。【選択図】図１
2020507278.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ニューラル・コンポーネントであって、
複数の光送信機と、
複数の光受信機と、
基板上に形成された複数のノード間導波路と、
前記複数のノード間導波路のうちのノード間導波路上に入力光信号を多重化するようにそれぞれが構成された、前記基板上に形成された複数のマルチプレクサと、
交差する導波路のうちの一方の導波路のコアが他方の導波路のコアもしくはクラッドを通過して、少なくとも１つの送信する導波路が少なくとも１つのノード間導波路と交差するように前記基板上に形成された複数の送信する導波路であって、それぞれが、前記複数の光送信機のうちの光送信機に光学的に接続され、かつ前記光送信機から発せられた光信号を受信するように、かつ前記受信された光信号を、前記複数のマルチプレクサのうちのマルチプレクサを介して前記複数のノード間導波路のうちのノード間導波路に送信するように構成された、前記送信する導波路と、
反射された光信号をもたらすべく前記複数のノード間導波路のうちの前記ノード間導波路上で伝播する光信号をそれぞれが部分的に反射するように構成された、前記基板上に形成された複数のミラーと、
交差する導波路のうちの一方の導波路のコアが他方の導波路のコアもしくはクラッドを通過して、少なくとも１つの受信する導波路が前記少なくとも１つのノード間導波路と交差するように前記基板上に形成された複数の受信する導波路であって、それぞれが、前記複数の光受信機のうちの光受信機に光学的に接続され、かつ前記複数のミラーのうちのミラーによってもたらされる前記反射された光信号を受信するように、かつ前記反射された光信号を前記光受信機に送信するように構成された、前記受信する導波路と、
前記複数のミラーのうちの前記ミラーによってもたらされる前記反射された光信号に、前記反射された光信号が、前記反射された光信号を受信する前記少なくとも１つの受信する導波路によって前記光受信機に送信される前に、重みを適用するようにそれぞれが構成された、前記基板上に形成された複数のフィルタと
を備える光ニューラル・コンポーネント。
【請求項２】
前記複数の光送信機は、
第１の波長で第１の光信号を発する第１の光送信機と、
前記第１の波長とは異なる第２の波長で第２の光信号を発する第２の光送信機と
を含み、
前記複数のノード間導波路は、前記第１の波長における前記第１の光信号、および前記第２の波長における前記第２の光信号を伝播するノード間導波路を含む、請求項１に記載の光ニューラル・コンポーネント。
【請求項３】
前記複数のミラーは、波長に依存する反射係数を有する少なくとも１つのミラーを含む、請求項２に記載の光ニューラル・コンポーネント。
【請求項４】
前記複数の複数のフィルタは、前記波長に依存する適用される重みを有するスペクトル・フィルタを含む、請求項３に記載の光ニューラル・コンポーネント。
【請求項５】
前記複数のマルチプレクサは、入口ミラーと、マルチプレクサが前記入力信号をその上に多重化する前記ノード間導波路に第１の入口アーム、および出口アームによって接続されたＹ字形の導波路構造とを有するマルチプレクサを含み、前記入口ミラーは、前記入力信号として、前記複数の送信する導波路のうちの送信する導波路によって送信された光信号を受信するように、かつ前記Ｙ字形の導波路構造の第２の入口アームに入り、前記第２の入口アームが前記Ｙ字形の導波路構造の前記第１の入口アームと出会う前記ノード間導波路上で伝播する光信号に加わる反射された光信号をもたらすべく前記入力光信号を反射するように構成される、請求項１に記載の光ニューラル・コンポーネント。
【請求項６】
前記複数のフィルタは、前記重みを変更するように交換され得る交換可能なフィルタを含む、請求項１に記載の光ニューラル・コンポーネント。
【請求項７】
前記複数のフィルタは、前記重みを変更すべく透明度が変えられ得る可変フィルタを含む、請求項１に記載の光ニューラル・コンポーネント。
【請求項８】
少なくとも１つの光送信機、または少なくとも１つの光受信機をそれぞれが含む、前記基板上に実装された複数の半導体チップをさらに備える請求項１に記載の光ニューラル・コンポーネント。
【請求項９】
前記複数の半導体チップは、光送信機チップと、光受信機チップとを含み、前記光送信機チップのそれぞれは、前記光送信機のうちの１つまたは複数を含み、かつ前記光受信機チップのそれぞれは、前記光受信機のうちの１つまたは複数を含み、かつ
前記光送信機チップは、１つまたは複数の光送信機が第１の波長で第１の光信号を発する第１の光送信機チップと、１つまたは複数の光送信機が、前記第１の波長とは異なる第２の波長で第２の光信号を発する第２の光送信機チップとを含む、請求項８に記載の光ニューラル・コンポーネント。
【請求項１０】
前記光送信機チップのそれぞれは、同一の数の光送信機を含み、
前記光受信機チップのそれぞれは、同一の数の光受信機を含み、
前記光送信機チップのそれぞれに含まれる光送信機の数は、前記光受信機チップのそれぞれに含まれる光受信機の数と同一であり、かつ
前記送信する導波路を介して前記光送信機チップのそれぞれに接続されたノード間導波路の数は、前記光送信機チップのそれぞれに含まれる光送信機の前記数、および前記光受信機チップのそれぞれに含まれる光受信機の前記数と同一である、請求項９に記載の光ニューラル・コンポーネント。
【請求項１１】
前記複数の半導体チップのそれぞれは、半導体チップに含まれる前記少なくとも１つの光送信機、または前記半導体チップに含まれる前記少なくとも１つの光受信機が、前記基板に面するように位置付けられ、
前記複数の送信する導波路は、前記基板に垂直な方向からの光を前記基板に平行な方向に向け直すように構成された入口ミラーを介して前記複数の光送信機に接続され、かつ
前記複数の受信する導波路は、前記基板に平行な前記方向からの前記光を前記基板に垂直な前記方向に向け直すように構成された出口ミラーを介して前記複数の光受信機に接続される、請求項８に記載の光ニューラル・コンポーネント。
【請求項１２】
複数のノード内信号線をさらに備え、各ノード内信号線は、前記複数の光受信機のそれぞれの光受信機、および前記複数の光送信機のそれぞれの光送信機に接続され、かつ前記光受信機によって受信される光信号のパワーを表す電気信号を受信するように、かつ前記電気信号を前記光送信機に送信するように構成され、その結果、ニューロンの入力および出力を形成すべく前記光受信機と前記光送信機を接続する、請求項８に記載の光ニューラル・コンポーネント。
【請求項１３】
ノード内信号線を介して光送信機に接続された前記複数の光受信機のそれぞれに関して、前記複数のミラーは、反射された光信号が前記光受信機に送信され、かつ反射係数が、前記光送信機によって発せられる前記光信号の波長に関して実質的に０である少なくとも１つのミラーを含む、請求項１２に記載の光ニューラル・コンポーネント。
【請求項１４】
前記複数のノード間導波路、前記複数の送信する導波路、および前記複数の受信する導波路は、前記基板の単一の層においてポリマで作られる、請求項１に記載の光ニューラル・コンポーネント。
【請求項１５】
前記複数の光送信機は、差動ペアの第１の光送信機が可変光信号を発する一方で、前記差動ペアの第２の光送信機が基準光信号を発する、前記差動ペアに分割される、請求項１に記載の光ニューラル・コンポーネント。
【請求項１６】
差動ペアのうちの１つまたは複数をそれぞれが含む、前記基板上に実装された複数の半導体チップをさらに備える請求項１５に記載の光ニューラル・コンポーネント。
【請求項１７】
前記複数の半導体チップのそれぞれは、前記差動ペアのうちの２つ以上を含む、請求項１６に記載の光ニューラル・コンポーネント。
【請求項１８】
前記複数のノード間導波路は、同心のループとして配置された２つ以上のノード間導波路を有する第１のリングを含み、
前記複数の光送信機は、前記第１のリングの内側に置かれた２つ以上の光送信機を有する第１の内側光送信機グループを含み、かつ
前記複数の光受信機は、前記第１のリングの内側に置かれた２つ以上の光受信機を有する第１の内側光受信機グループを含む、請求項１に記載の光ニューラル・コンポーネント。
【請求項１９】
前記複数のミラーは、反射された光信号をもたらすべく前記第１のリングのノード間導波路上で伝播する光信号を部分的に反射するように各ミラーが構成された、第１のミラー・グループを含み、
前記光ニューラル・コンポーネントは、交差する導波路のうちの一方の導波路のコアが他方の導波路のコアもしくはクラッドを通過して、少なくとも１つの第１の出力導波路が前記第１のリングの少なくとも１つのノード間導波路と交差するように前記基板上に形成された複数の第１の出力導波路をさらに備え、各第１の出力導波路は、前記第１のリングの外側に接続され、かつ前記第１のミラー・グループのうちの第１のミラーによってもたらされる前記反射された光信号を受信するように、かつ前記反射された光信号を前記第１のリングの外側に送信するように構成される、請求項１８に記載の光ニューラル・コンポーネント。
【請求項２０】
前記複数のミラーのうちの第１のミラーによってもたらされる前記反射された光信号に、前記反射された光信号が、前記反射された光信号を受信する前記第１の出力導波路によって前記第１のリングの外側に送信される前に、重みを適用するように構成された、前記基板上に形成された第１の出力フィルタをさらに備える請求項１９に記載の光ニューラル・コンポーネント。
【請求項２１】
前記複数の光受信機は、前記第１のリングの外側に置かれた２つ以上の光受信機を有する第１の外側光受信機を含み、前記第１の外側光受信機グループの前記光受信機のそれぞれは、前記複数の第１の出力導波路のうちの第１の出力導波路に接続され、かつ前記第１の出力導波路によって送信される前記反射された光信号を受信するように構成される、請求項２０に記載の光ニューラル・コンポーネント。
【請求項２２】
前記複数のノード間導波路は、同心のループとして配置された２つ以上のノード間導波路を有する第２のリングを含み、
前記複数の光送信機は、前記第２のリングの内側に置かれた２つ以上の光送信機を有する第２の内側光送信機グループと、前記第２のリングの外側に置かれた２つ以上の光送信機を有する第２の外側光送信機グループとを含み、
前記複数の光受信機は、前記第２のリングの内側に置かれた２つ以上の光受信機を有する第２の光受信機グループを含み、
前記複数のマルチプレクサは、各マルチプレクサが、前記第２のリングのノード間導波路上に入力光信号を多重化するように構成された第２のマルチプレクサ・グループを含み、
前記光ニューラル・コンポーネントは、交差する導波路のうちの一方の導波路のコアが他方の導波路のコアもしくはクラッドを通過して、少なくとも１つの第２の入力導波路が前記第２のリングの前記ノード間導波路のうちの少なくとも１つと交差するように前記基板上に形成された複数の第２の入力導波路であって、それぞれが、前記第２の外側光送信機グループの光送信機に光学的に接続され、かつ前記光送信機から発せられた前記光信号を受信するように、かつ前記光信号を、前記第２のマルチプレクサ・グループのマルチプレクサを介して前記第２のリングのノード間導波路に送信するように構成された、前記第２の入力導波路と、
前記第１の外側光受信機グループの光受信機、および前記第２の外側光送信機グループの光送信機にそれぞれが接続され、かつ前記光受信機によって受信される前記光信号のパワーを表す電気信号を受信するように、かつ前記電気信号を前記光送信機に送信するようにそれぞれ構成され、その結果、ニューロンの入力および出力を形成すべく前記光受信機と前記光送信機を接続する、複数のリング間ノード内信号線を含む複数のノード内信号線と
をさらに備える請求項２１に記載の光ニューラル・コンポーネント。
【請求項２３】
前記複数のマルチプレクサは、第１のマルチプレクサ・グループを含み、前記第１のマルチプレクサ・グループの各マルチプレクサは、前記第１のリングのノード間導波路上に前記入力光信号を多重化するように構成され、
前記光ニューラル・コンポーネントは、交差する導波路のうちの一方の導波路のコアが他方の導波路のコアもしくはクラッドを通過して、少なくとも１つの第１の入力導波路が少なくとも１つのノード間導波路と交差するように前記基板上に形成された複数の第１の入力導波路であって、それぞれが、前記第１のリングの外側に接続され、かつ前記第１のリングの外側から光信号を受信するように、かつ前記光信号を、前記第１のマルチプレクサ・グループのマルチプレクサを介して前記第１のリングのノード間導波路に送信するように構成された、前記複数の第１の入力導波路をさらに備える請求項１８に記載の光ニューラル・コンポーネント。
【請求項２４】
前記複数の光送信機は、前記第１のリングの外側に置かれた２つ以上の第１の光送信機を有する第１の外側光送信機グループを含み、前記第１の外側光送信機グループの前記第１の光送信機のそれぞれは、前記複数の第１の入力導波路のうちの第１の入力導波路に光学的に接続され、かつ前記第１の入力導波路によって送信されるべき光信号を発するように構成される、請求項２３に記載の光ニューラル・コンポーネント。
【請求項２５】
前記複数のノード間導波路は、同心のループとして配置された２つ以上のノード間導波路を有する第２のリングを含み、
前記複数の光送信機は、前記第２のリングの内側に置かれた２つ以上の光送信機を有する第２の内側光送信機グループを含み、
前記複数の光受信機は、前記第２のリングの内側に置かれた２つ以上の光受信機を有する第２の内側光受信機グループと、前記第２のリングの外側に置かれた２つ以上の光受信機を有する第２の外側光受信機グループとを含み、
前記複数のミラーは、第２のミラー・グループを含み、前記第２のミラー・グループの各ミラーは、前記第２のリングの反射された光信号をもたらすべく前記第２のリングのノード間導波路上で伝播する光信号を部分的に反射するように構成され、
前記光ニューラル・コンポーネントは、交差する導波路のうちの一方の導波路のコアが他方の導波路のコアもしくはクラッドを通過して、少なくとも１つの第２の出力導波路が少なくとも１つの第２のリングのノード間導波路と交差するように前記基板上に形成された複数の第２の出力導波路をさらに備え、各第２の出力導波路は、前記第２の外側光受信機グループのうちの光受信機に光学的に接続され、かつ前記第２のミラー・グループのうちのミラーによってもたらされる前記第２のリングの前記反射された光信号を受信するように、かつ前記第２のリングの前記反射された光信号を前記光受信機に送信するように構成され、かつ
前記複数のノード内信号線は、複数のリング間ノード内信号線を含み、各リング間ノード内信号線は、前記第１の外側光受信機グループのうちの光送信機、および前記第２の外側光受信機グループのうちの光受信機に接続され、かつ前記光受信機によって受信される光信号のパワーを表す電気信号を受信するように、かつ前記電気信号を前記光送信機に送信するように構成され、その結果、ニューロンの入力および出力を形成すべく前記光受信機と前記光送信機を接続する、請求項２４に記載の光ニューラル・コンポーネント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、光ニューラル・コンポーネント（photonic neural component）のための導波路アーキテクチャに関し、より詳細には、ニューラル・ネットワークの光ニューラル・コンポーネントのための導波路アーキテクチャに関する。
【背景技術】
【０００２】
ニューラル・ネットワークおよびリザバー・コンピューティング（reservoir computing）などの非従来型のニューロモーフィック・コンピューティング（neuromorphic computing）・アーキテクチャは、性能の点で有望であるが、ニューロンを互いに接続する従来の電子アプローチは、いくつかの限界に直面している。例えば、ＩＢＭ  ＴｒｕｅＮｏｒｔｈ（Ｒ）システムは、時分割多重化の必要性のためにｋＨｚ範囲内の処理速度で動作する。最近、興奮可能な（excitable）オプトエレクトロニクス・デバイスが、この速度限界を潜在的に取り除く方法として関心を引き起こしている。（例えば、A.N., Tait et al., "Broadcast and Weight: An Integrated Network For Scalable Photonic Spike Processing," J. Light. Tech. 32, 3427, 2014、M.A. Nahmias et al., "An integrated analog O/E/O link formulti-channel laser neurons," Appl. Phys. Lett. 108, 151106 (2016)、およびK. Vandoorne et al., "Experimental demonstration of reservoir computing on a silicon photonics chip," Nature Communication 5, 3541, 2014を参照されたい。）しかし、そのような試みは、非常に高い電力消費および光損失によって制限されてきた。その一方で、損失が非常に低い導波路交差構造の製造が、最近、可能になっている。（例えば、N. Bamiedakis et al., "Low Loss and Low Crosstalk Multimode Polymer Waveguide Crossings for High-Speed Optical Interconnects," 2007 Conference on Lasers and Electro-Optics (CLEO), CMG1を参照されたい。）
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】A.N., Tait et al., "Broadcast and Weight: An Integrated Network For Scalable Photonic Spike Processing,"J. Light. Tech. 32, 3427, 2014
【非特許文献２】M.A. Nahmias et al., "An integrated analog O/E/O link for multi-channel laser neurons," Appl. Phys.Lett. 108, 151106 (2016)
【非特許文献３】K. Vandoorneet al., "Experimental demonstration of reservoir computing on a silicon photonics chip," Nature Communication 5, 3541, 2014
【非特許文献４】N. Bamiedakiset al., "Low Loss and Low Crosstalk Multimode Polymer Waveguide Crossingsfor High-Speed Optical Interconnects," 2007 Conference on Lasers and Electro-Optics (CLEO), CMG1
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、ノード間導波路上に光信号が多重化された導波路アーキテクチャを使用した光ニューラル・コンポーネントを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の実施形態によれば、関連する技術に付随する前述の欠点を克服することができる光ニューラル・コンポーネントが提供される。光ニューラル・コンポーネントは、複数の光送信機と、複数の光受信機と、基板上に形成された複数のノード間導波路と、複数のノード間導波路のうちのノード間導波路上に入力光信号を多重化するようにそれぞれが構成された、基板上に形成された複数のマルチプレクサと、交差する導波路のうちの一方の導波路のコアが他方の導波路のコアもしくはクラッドを通過して、送信する導波路のうちの少なくとも１つがノード間導波路のうちの少なくとも１つと交差するように基板上に形成された複数の送信する導波路であって、それぞれが、複数の光送信機のうちの光送信機に光学的に接続され、かつ光送信機から発せられた光信号を受信するように、かつ受信された光信号を、複数のマルチプレクサのうちのマルチプレクサを介して複数のノード間導波路のうちのノード間導波路に送信するように構成された、複数の送信する導波路と、反射された光信号をもたらすべく複数のノード間導波路のうちのノード間導波路上で伝播する光信号をそれぞれが部分的に反射すべく、基板上に形成された複数のミラーと、交差する導波路のうちの一方の導波路のコアが他方の導波路のコアもしくはクラッドを通過して、受信する導波路のうちの少なくとも１つがノード間導波路のうちの少なくとも１つと交差するように基板上に形成された複数の受信する導波路であって、それぞれが、複数の光受信機のうちの光受信機に光学的に接続され、かつ複数のミラーのうちのミラーによってもたらされる反射された光信号を受信するように、かつ反射された光信号を光受信機に送信するように構成された、複数の受信する導波路と、複数のミラーのうちのミラーによってもたらされる反射された光信号に、反射された光信号が、反射された光信号を受信する受信する導波路によって光受信機に送信される前に、重みを適用するようにそれぞれが構成された、基板上に形成された複数のフィルタとを含む。光ニューラル・コンポーネントは、従来の電子アプローチの速度制限を取り除きながら、設計柔軟性をサポートし得る。
【０００６】
本発明の実施形態によれば、複数の光送信機は、第１の波長で光信号を発する第１の光送信機と、第１の波長とは異なる第２の波長で光信号を発する第２の光送信機とを含んでよく、ノード間導波路は、第１の波長における光信号、および第２の波長における光信号を伝播するノード間導波路を含んでよい。複数のミラーは、反射係数が波長に依存するミラーを含んでよい。複数のフィルタは、適用される重みが波長に依存するスペクトル・フィルタを含んでよい。これらの特徴を有する光ニューラル・コンポーネントは、ノード間導波路上で光信号の波長分割多重化（ＷＤＭ）をサポートしてよく、必要なノード間導波路の数を低減する。
【０００７】
本発明の実施形態によれば、複数のマルチプレクサは、入口ミラーと、マルチプレクサがマルチプレクサの入力信号をその上に多重化するノード間導波路に第１の入口アーム、および出口アームによって接続されたＹ字形の導波路構造とを有するマルチプレクサを含み、入口ミラーは、入力信号として、複数の導波路のうちの送信する導波路によって送信された光信号を受信するように、かつＹ字形の導波路構造の第２の入口アームに入り、第２の入口アームがＹ字形の導波路構造の第１の入口アームと出会うノード間導波路上で伝播する光信号に加わる反射された光信号をもたらすべく入力信号を反射するように構成される。光ニューラル・コンポーネントは、ノード間導波路上で光信号の多重化をサポートしてよく、必要なノード間導波路の数を低減する。
【０００８】
本発明の実施形態によれば、複数のフィルタは、適用される重みを変更するように交換され得る交換可能なフィルタを含む。光ニューラル・コンポーネントは、光ニューラル・コンポーネントを備えるニューラル・ネットワークを調整することをサポートしてよい。
【０００９】
本発明の実施形態によれば、複数のフィルタは、適用される重みを変更するように透過性が変化させられ得る可変フィルタを含む。光ニューラル・コンポーネントは、光ニューラル・コンポーネントを備えるニューラル・ネットワークを調整することをサポートしてよい。
【００１０】
本発明の実施形態によれば、光ニューラル・コンポーネントは、基板上に実装された複数の半導体チップをさらに含み、半導体チップのそれぞれは、光送信機のうちの少なくとも１つ、または光受信機のうちの少なくとも１つを含む。光ニューラル・コンポーネントは、設計柔軟性をさらにサポートしてよい。
【００１１】
本発明の実施形態によれば、複数の半導体チップは、光送信機チップと、光受信機チップとを含み、光送信機チップのそれぞれは、光送信機のうちの１つまたは複数を含み、かつ光受信機チップのそれぞれは、光受信機のうちの１つまたは複数を含み、かつ光送信機チップは、１つまたは複数の光送信機が第１の波長で光信号を発する第１の光送信機チップと、１つまたは複数の光送信機が、第１の波長とは異なる第２の波長で光信号を発する第２の光送信機チップとを含む。光送信機チップのそれぞれは、同一の数の光送信機を含み、光受信機チップのそれぞれは、同一の数の光受信機を含み、光送信機チップのそれぞれに含まれる光送信機の数は、光受信機チップのそれぞれに含まれる光受信機の数と同一であってよく、かつ送信する導波路を介して光送信機チップのそれぞれに接続されたノード間導波路の数は、光送信機チップのそれぞれに含まれる光送信機の数、および光受信機チップのそれぞれに含まれる光受信機の数と同一であってよい。光ニューラル・コンポーネントは、設計柔軟性、およびノード間導波路上の光信号の多重化をサポートしてよく、必要なノード間導波路の数を低減する。
【００１２】
本発明の実施形態によれば、半導体チップのそれぞれは、チップに含まれる少なくとも１つの光送信機、またはチップに含まれる少なくとも１つの光受信機が、基板に面するように配置されることが可能であり、送信する導波路は、基板に垂直な方向からの光を基板に平行な方向に向け直すように配置された入口ミラーを介して光送信機に接続されることが可能であり、かつ受信する導波路は、基板に平行な方向から基板に垂直な方向に向け直すように配置された出口ミラーを介して光受信機に接続されることが可能である。光ニューラル・コンポーネントは、基板上に形成された導波路の使用をサポートすることによって設計柔軟性をさらにサポートしてよい。
【００１３】
本発明の実施形態において、光ニューラル・コンポーネントは、複数のノード内信号線をさらに含み、各ノード内信号線は、複数の光受信機のうちの光受信機、および複数の光送信機のうちの光送信機に接続され、かつ光受信機によって受信される光信号のパワーを表す電気信号を受信するように、かつ電気信号を光送信機に送信するように構成され、その結果、ニューロンの入力および出力を形成すべく光受信機と光送信機を接続する。ノード内信号線を介して光送信機に接続された光受信機のそれぞれに関して、複数のミラーは、反射された光信号が光受信機に送信され、かつ光送信機によって発せられる光信号の波長に関して反射係数が実質的に０であるミラーを含む。光ニューラル・コンポーネントは、光ニューラル・コンポーネントの機能をニューラル・ネットワークとして、またはニューラル・ネットワークの一部としてサポートしてよい。
【００１４】
本発明の実施形態によれば、ノード間導波路、送信する導波路、および受信する導波路は、基板の単一の層においてポリマで作られてよい。光ニューラル・コンポーネントは、光損失を低減しながら、設計柔軟性をサポートし得る。
【００１５】
本発明の実施形態によれば、複数の光送信機は、差動ペアの光送信機のうちの一方が可変光信号を発する一方で、その差動ペアの光送信機のうちの他方が基準光信号を発する、差動ペアに分割される。光ニューラル・コンポーネントは、基板上に実装された複数の半導体チップをさらに含んでよく、半導体チップのそれぞれは、差動ペアのうちの１つまたは複数を含む。半導体チップのそれぞれは、差動ペアのうちの２つ以上を含むことが可能である。光ニューラル・コンポーネントは、光ニューラル・コンポーネントの機能をニューラル・ネットワークとして、またはニューラル・ネットワークの一部としてサポートしてよい。
【００１６】
本発明の実施形態によれば、複数のノード間導波路は、同心のループとして配置されたノード間導波路のうちの２つ以上を有する第１のリングを含み、複数の光送信機は、第１のリングの内側に置かれた光送信機のうちの２つ以上を有する第１の内側光送信機グループを含むことが可能であり、かつ複数の光受信機は、第１のリングの内側に置かれた光受信機のうちの２つ以上を有する第１の内側光受信機グループを含むことが可能である。光ニューラル・コンポーネントは、光ニューラル・コンポーネントの入力／出力機能および拡張性をニューラル・ネットワークとして、またはニューラル・ネットワークの一部としてサポートしてよい。
【００１７】
本発明の実施形態によれば、複数のミラーは、第１のミラー・グループを含み、第１のミラー・グループの各ミラーは、反射された光信号をもたらすべく第１のリングのノード間導波路上で伝播する光信号を部分的に反射するように配置され、光ニューラル・コンポーネントは、交差する導波路のうちの一方の導波路のコアが他方の導波路のコアもしくはクラッドを通過して、第１の出力導波路のうちの少なくとも１つが第１のリングのノード間導波路のうちの少なくとも１つと交差するように基板上に形成された複数の第１の出力導波路をさらに含んでよく、各第１の出力導波路は、第１のリングの外側に接続され、かつ第１のミラー・グループのうちのミラーによってもたらされる反射された光信号を受信するように、かつ反射された光信号を第１のリングの外側に送信するように構成される。光ニューラル・コンポーネントは、基板上に形成された第１の出力フィルタをさらに含んでよく、第１の出力フィルタは、複数のミラーのうちのミラーによってもたらされる反射された光信号に、反射された光信号が、反射された光信号を受信する第１の出力導波路によって第１のリングの外側に送信される前に、重みを適用するように構成される。複数の光受信機は、第１のリングの外側に置かれた光受信機のうちの２つ以上を有する第１の外側光受信機を含むことが可能であり、第１の外側光受信機グループの光受信機のそれぞれは、複数の第１の出力導波路のうちの第１の出力導波路に接続され、かつ第１の出力導波路によって送信される反射された光信号を受信するように構成される。複数のノード間導波路は、同心のループとして配置されたノード間導波路のうちの２つ以上を有する第２のリングを含むことが可能であり、複数の光送信機は、第２のリングの内側に置かれた光送信機のうちの２つ以上を有する第２の内側光送信機グループと、第２のリングの外側に置かれた光送信機のうちの２つ以上を有する第２の外側光送信機グループとを含んでよく、かつ複数の光受信機は、第２のリングの内側に置かれた光受信機のうちの２つ以上を有する第２の光受信機グループを含んでよく、複数のマルチプレクサは、各マルチプレクサが、第２のリングのノード間導波路上に入力光信号を多重化するように構成された第２のマルチプレクサ・グループを含んでよく、光ニューラル・コンポーネントは、交差する導波路のうちの一方の導波路のコアが他方の導波路のコアもしくはクラッドを通過して、第２の入力導波路のうちの少なくとも１つが第２のリングのノード間導波路のうちの少なくとも１つと交差するように基板上に形成された複数の第２の入力導波路であって、それぞれが、第２の外側光送信機グループの光送信機に光学的に接続され、かつ光送信機から発せられた光信号を受信するように、かつ受信された光信号を、第２のマルチプレクサ・グループのマルチプレクサを介して第２のリングのノード間導波路に送信するように構成された、複数の第２の入力導波路をさらに含んでよく、複数のノード内信号線は、複数のリング間ノード内信号線であって、それぞれが、第１の外側光受信機グループの光受信機、および第２の外側光送信機グループの光送信機に接続され、かつ光受信機によって受信される光信号のパワーを表す電気信号を受信するように、かつ電気信号を光送信機に送信するように構成され、その結果、ニューロンの入力および出力を形成すべく光受信機と光送信機を接続する、複数のリング間ノード内信号線を含んでよい。光ニューラル・コンポーネントは、光ニューラル・コンポーネントの入力／出力機能および拡張性をニューラル・ネットワークとして、またはニューラル・ネットワークの一部としてサポートしてよい。
【００１８】
本発明の実施形態によれば、複数のマルチプレクサは、第１のマルチプレクサ・グループを含み、第１のマルチプレクサ・グループの各マルチプレクサは、第１のリングのノード間導波路上に入力光信号を多重化するように構成され、光ニューラル・コンポーネントは、交差する導波路のうちの一方の導波路のコアが他方の導波路のコアもしくはクラッドを通過して、第１の入力導波路のうちの少なくとも１つがノード間導波路のうちの少なくとも１つと交差するように基板上に形成された複数の第１の入力導波路であって、それぞれが、第１のリングの外側に接続され、かつ第１のリングの外側から光信号を受信するように、かつ受信された光信号を、第１のマルチプレクサ・グループのマルチプレクサを介して第１のリングのノード間導波路に送信するように構成された、複数の第１の入力導波路をさらに含む。複数の光送信機は、第１のリングの外側に置かれた光送信機のうちの２つ以上を有する第１の外側光送信機グループを含むことが可能であり、第１の外側光送信機グループの第１の光送信機のそれぞれは、複数の第１の入力導波路のうちの第１の入力導波路に光学的に接続され、かつ第１の入力導波路によって送信されるべき光信号を発するように構成される。複数のノード間導波路は、同心のループとして配置されたノード間導波路のうちの２つ以上を有する第２のリングを含むことが可能であり、複数の光送信機は、第２のリングの内側に置かれた光送信機のうちの２つ以上を有する第２の内側光送信機グループを含むことが可能であり、複数の光受信機は、第２のリングの内側に置かれた光受信機のうちの２つ以上を有する第２の内側光受信機グループと、第２のリングの外側に置かれた光受信機のうちの２つ以上を有する第２の外側光受信機グループとを含むことが可能であり、複数のミラーは、第２のミラー・グループを含むことが可能であり、第２のミラー・グループの各ミラーは、反射された光信号をもたらすべく第２のリングのノード間導波路上で伝播する光信号を部分的に反射するように構成され、光ニューラル・コンポーネントは、交差する導波路のうちの一方の導波路のコアが他方の導波路のコアもしくはクラッドを通過して、第２の出力導波路のうちの少なくとも１つが第２のリングのノード間導波路のうちの少なくとも１つと交差するように基板上に形成された複数の第２の出力導波路をさらに含むことが可能であり、各第２の出力導波路は、第２の外側光受信機グループのうちの光受信機に光学的に接続され、かつ第２のミラー・グループのうちのミラーによってもたらされる反射された光信号を受信するように、かつ反射された光信号を光受信機に送信するように構成され、複数のノード内信号線は、複数のリング間ノード内信号線を含んでよく、各リング間ノード内信号線は、第１の外側光受信機グループのうちの光受信機、および第２の外側光受信機グループのうちの光受信機に接続され、かつ光受信機によって受信される光信号のパワーを表す電気信号を受信するように、かつ電気信号を光送信機に送信するように構成され、その結果、ニューロンの入力および出力を形成すべく光受信機と光送信機を接続する。光ニューラル・コンポーネントは、光ニューラル・コンポーネントの入力／出力機能および拡張性をニューラル・ネットワークとして、またはニューラル・ネットワークの一部としてサポートしてよい。
【００１９】
概要条項は必ずしも、本発明の実施形態の特徴のすべてを説明するものではない。本発明は、前段で説明される態様のうちの２つ以上からの特徴の組合せを含む、前段で説明される特徴の組合せまたは部分的組合せであってもよい。本発明の前述、およびその他の特徴および利点は、添付の図面と併せて理解される、実施形態の後段の説明からより明白となろう。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施形態による光ニューラル・コンポーネントのための導波路アーキテクチャを示す例示的な概略図である。
【図２】図１に示される導波路アーキテクチャの領域を示す例示的な概略図である。
【図３】ミラーの反射係数を含む図１に示される導波路アーキテクチャを示す例示的な概略図である。
【図４】フィルタの恣意的な重みを含む図２に示される導波路アーキテクチャの領域を示す例示的な概略図である。
【図５】送信機チップおよび送信する導波路がその上に形成される基板の一部分を示す例示的な概略側面図である。
【図６】受信機チップおよび受信する導波路がその上に形成される基板の一部分を示す例示的な概略側面図である。
【図７】本発明の実施形態による光ニューラル・コンポーネントのための導波路アーキテクチャを示す例示的な概略図である。
【図８】本発明の実施形態による光ニューラル・コンポーネントのための導波路アーキテクチャを示す例示的な概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下に、本発明の例示的な実施形態が説明される。実施形態は、特許請求の範囲によって規定される、本発明の範囲を限定するものと解釈されてはならない。実施形態において説明される特徴の組合せは、必ずしも本発明に不可欠なわけではない。
【００２２】
図１は、本発明の実施形態による光ニューラル・コンポーネント１００のための導波路アーキテクチャの例示的な概略図を示す。図１に示される導波路アーキテクチャを使用して、光ニューラル・コンポーネント１００は、基板、例えば、プリント回路基板の上で互いに交差するように形成された導波路を介して損失の低い光信号伝送によって光スパイク・コンピューティングをサポートすることができる。したがって、開示される導波路アーキテクチャは、従来の電子アプローチの速度制限を取り除きながら、設計柔軟性（例えば、レイアウト、材料、その他）を可能にすることができる。光ニューラル・コンポーネント１００は、複数の光送信機チップ１１０Ａないし１１０Ｄと、複数の光受信機チップ１２０Ａないし１２０Ｄと、複数のノード間導波路１３０−１ないし１３０−４と、複数のマルチプレクサ１４０Ａないし１４０Ｄと、複数の送信する導波路１５０Ａ−１ないし１５０Ｄ−４と、複数のミラー１６０Ａないし１６０Ｄと、複数の受信する導波路１７０Ａ−１ないし１７０Ｄ−４と、複数のフィルタ１８０Ａないし１８０Ｄと、複数のノード内信号線１９０Ａ−１ないし１９０Ｄ−４とを含む。限られたスペースのため、複数の送信する導波路１５０Ａ−１ないし１５０Ｄ−４のうち、送信する導波路１５０Ｃ−１ないし１５０Ｃ−４だけが、図１において参照符号を与えられる。同様に、複数の受信する導波路１７０Ａ−１ないし１７０Ｄ−４のうち、受信する導波路１７０Ｃ−１ないし１７０Ｃ−４だけが、図１において参照符号を与えられ、複数のノード内信号線１９０Ａ−１ないし１９０Ｄ−４のうち、ノード内信号線１９０Ａ−１ないし１９０Ａ−４だけが、図１において参照符号を与えられる。それでも、図１に示される送信する導波路、受信する導波路、およびノード内信号線の省かれた参照符号は、接尾文字ＡないしＤが、対応する光送信機チップ１１０Ａないし１１０Ｄ、および光受信機チップ１２０Ａないし１２０Ｄを参照するものと理解され、かつ接尾番号１ないし４が、対応するノード間導波路１３０−１ないし１３０−４を参照するものと理解されて、本開示の全体にわたって参照され得る。
【００２３】
光送信機チップ１１０Ａは、複数の光送信機１１０Ａ−１ないし１１０Ａ−４を含む。光送信機チップ１１０Ｂ、１１０Ｃ、および１１０Ｄも同様に、それぞれ、複数の光送信機１１０Ｂ−１ないし１１０Ｂ−４、１１０Ｃ−１ないし１１０Ｃ−４、および１１０Ｄ−１ないし１１０Ｄ−４を含むが、例示を容易にするため、光送信機１１０Ａ−１ないし１１０Ａ−４だけが示される。光送信機１１０Ａ−１ないし１１０Ｄ−４のそれぞれは、例えば、光送信機チップ１１０Ａないし１１０Ｄのそれぞれが、それぞれに含まれる光送信機として、垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ：vertical-cavity surface-emitting laser）を有するＶＣＳＥＬアレイを含み得るように、ＶＣＳＥＬであってよい。光送信機チップ１１０Ａないし１１０Ｄのうちの１つにおける複数の光送信機によって発せられる光信号は、光送信機チップ１１０Ａないし１１０Ｄのうちの別の１つにおける複数の光送信機によって発せられる光信号とは異なる波長で発せられてよい。このため、複数の光送信機１１０Ａ−１ないし１１０Ｄ−４は、第１の波長で光信号を発する第１の光送信機１１０Ａ−１と、第１の波長とは異なる第２の波長で光信号を発する第２の光送信機１１０Ｂ−１とを含んでよい。光送信機チップ１１０Ａないし１１０Ｄは、基板、例えば、プリント回路基板の上に実装された半導体チップであってよい。このようにして、基板上に実装された複数の半導体チップが、光送信機チップ（例えば、光送信機チップ１１０Ａおよび１１０Ｂ）を含んでよく、光送信機チップのそれぞれは、１つまたは複数の光送信機（例えば、光送信機チップ１１０Ａの光送信機１１０Ａ−１、光送信機チップ１１０Ｂの光送信機１１０Ｂ−１）を含み、光送信機チップは、１つまたは複数の光送信機が第１の波長で光信号を発する第１の光送信機チップ（例えば、光送信機チップ１１０Ａ）と、１つまたは複数の光送信機が第１の波長とは異なる第２の波長で光信号を発する第２の光送信機チップ（例えば、光送信機チップ１１０Ｂ）とを含んでよい。
【００２４】
複数の光送信機１１０Ａ−１ないし１１０Ｄ−４は、差動ペアの光送信機のうちの一方が可変光信号を発する一方で、その差動ペアの光送信機のうちの他方が基準光信号を発する、差動ペアに分割されてよい。例えば、各光送信機チップ（例えば、光送信機チップ１１０Ａ）の第１の光送信機と第２の光送信機（例えば、光送信機１１０Ａ−１および１１０Ａ−２）が、可変光信号および基準光信号をそれぞれ発する差動ペアであってよい。このようにして、光送信機チップ１１０Ａないし１１０Ｄのそれぞれは、光送信機の１つまたは複数の差動ペアを含んでよい。同様に、各光送信機チップ（例えば、光送信機チップ１１０Ａ）の第３の光送信機と第４の光送信機（例えば、光送信機１１０Ａ−３および１１０Ａ−４）が、可変光信号および基準光信号をそれぞれ発する差動ペアであってよい。このため、光送信機チップ１１０Ａないし１１０Ｄのそれぞれは、光送信機の２つ以上の差動ペアを含んでよい。例として光送信機１１０Ａ−１と１１０Ａ−２の差動ペアのなかで、この差動ペアが、ＳｉｇＡ１−ＲｅｆＡ１の差動パワーに対応する信号値を送信することができるように、光送信機１１０Ａ−１が、「ＳｉｇＡ１」の可変パワーを有する可変光信号を発してよく、光送信機１１０Ａ−２が、「ＲｅｆＡ１」の一定のパワーを有する基準光信号を発してよい。代替として、差動ペアのなかで、光送信機１１０Ａ−１が、可変光信号、「ＳｉｇＡ１＿ｐｏｓｉｔｉｖｅ」を発してよく、光送信機１１０Ａ−２が、可変光信号、「ＳｉｇＡ１＿ｐｏｓｉｔｉｖｅ」の反転された信号である「ＳｉｇＡ１＿ｎｅｇａｔｉｖｅ」を発してよい。この実装形態において、信号値は、１／２（ＳｉｇＡ１＿ｐｏｓｉｔｉｖｅ−ＳｉｇＡ１＿ｎｅｇａｔｉｖｅ）によって計算され得る。本開示において説明されるとおり、これらの信号のうちの一方（正または負）が、「可変」として参照され得る一方で、他方は、「基準」として参照される。
【００２５】
光受信機チップ１２０Ａは、複数の光受信機１２０Ａ−１ないし１２０Ａ−４を含む。光受信機チップ１２０Ｂ、１２０Ｃ、および１２０Ｄも同様に、それぞれ、複数の光受信機１２０Ｂ−１ないし１２０Ｂ−４、１２０Ｃ−１ないし１２０Ｃ−４、および１２０Ｄ−１ないし１２０Ｄ−４を含むが、例示を容易にするため、光受信機１２０Ａ−１ないし１２０Ａ−４だけが示される。光受信機１２０Ａ−１ないし１２０Ｄ−４のそれぞれは、例えば、光受信機チップ１２０Ａないし１２０Ｄのそれぞれが、それぞれに含まれる光受信機として、フォトダイオードを有するフォトダイオード・アレイを含み得るように、フォトダイオードであってよい。光受信機チップ１２０Ａないし１２０Ｄは、基板、例えば、プリント回路基板の上に実装された半導体チップであってよい。基板は、光送信機チップ１１０Ａないし１１０Ｄが実装されるのと同一の基板であってよい。このようにして、基板上に実装された複数の半導体チップが、光受信機チップ（例えば、光受信機チップ１２０Ａおよび１２０Ｂ）を含んでよく、光受信機チップのそれぞれは、１つまたは複数の光受信機（例えば、光受信機チップ１２０Ａの光受信機１２０Ａ−１、光受信機チップ１２０Ｂの光受信機１２０Ｂ−１）を含む。より一般的には、基板上に実装された半導体チップのそれぞれが、光送信機のうちの少なくとも１つ（例えば、光送信機１１０Ａ−１）、または光受信機のうちの少なくとも１つ（例えば、光受信機１２０Ａ−１）を含んでよい。
【００２６】
複数のノード間導波路１３０−１ないし１３０−４は、基板、例えば、プリント回路基板の上に形成され、基板の単一の層においてポリマで作られてよい。（基板「上」は、基板の上層における形成に限定されず、基板内の形成を含むことに留意されたい。）複数のノード間導波路１３０−１ないし１３０−４は、光送信機チップ１１０Ａないし１１０Ｄまたは光受信機チップ１２０Ａないし１２０Ｄ、あるいはその両方が実装されるのと同一の基板上に形成されてよい。複数のノード間導波路１３０−１ないし１３０−４は、同心のループ、例えば、円、楕円、長円、丸みを帯びた正方形もしくは長方形、丸みを帯びた五角形、または他の任意の丸みを帯びた多角形、あるいは同心のループとして配置され得る他の形状として配置されてよい。複数の光送信機１１０Ａ−１ないし１１０Ｄ−４が、第１の波長で光信号を発する第１の光送信機１１０Ａ−１と、第１の波長とは異なる第２の波長で光信号を発する第２の光送信機１１０Ｂ−１とを含む事例において、ノード間導波路１３０−１ないし１３０−４は、第１の波長における光信号、および第２の波長における光信号を伝播するノード間導波路を含んでよい。ノード間導波路１３０−１ないし１３０−４のすべてが、複数の波長で光信号を伝播してよい。
【００２７】
複数のマルチプレクサ１４０Ａないし１４０Ｄは、基板、例えば、プリント回路基板の上に形成され、各マルチプレクサ１４０Ａないし１４０Ｄは、複数のノード間導波路１３０−１ないし１３０−４のうちのノード間導波路上に入力光信号を多重化するように構成される。例えば、マルチプレクサ１４０Ａが、ノード間導波路１３０−１ないし１３０−４のそれぞれの上に入力光信号を多重化するように構成されてよい。同様に、マルチプレクサ１４０Ｂないし１４０Ｄのそれぞれが、ノード間導波路１３０−１ないし１３０−４のそれぞれの上に入力光信号を多重化するように構成されてよい。複数のマルチプレクサ１４０Ａないし１４０Ｄは、ノード間導波路１３０−１ないし１３０−４が形成されるのと同一の基板上、または光送信機チップ１１０Ａないし１１０Ｄまたは光受信機チップ１２０Ａないし１２０Ｄ、あるいはその両方が実装されるのと同一の基板上、あるいはその両方の基板上に形成されてよい。
【００２８】
複数の送信する導波路１５０Ａ−１ないし１５０Ｄ−４は、交差する導波路のうちの一方の導波路のコアが他方の導波路のコアもしくはクラッドを通過して、送信する導波路１５０Ａ−１ないし１５０Ｄ−４のうちの少なくとも１つがノード間導波路１３０−１ないし１３０−４のうちの少なくとも１つと交差するように基板、例えば、プリント回路基板の上に形成される。複数の送信する導波路１５０Ａ−１ないし１５０Ｄ−４は、ノード間導波路１３０−１ないし１３０−４が形成されるのと同一の基板上、または光送信機チップ１１０Ａないし１１０Ｄまたは光受信機チップ１２０Ａないし１２０Ｄ、あるいはその両方が実装されるのと同一の基板上、あるいはその両方の基板上に形成されてよい。送信する導波路１５０−１Ａないし１５０Ｄ−４、およびノード間導波路１３０−１ないし１３０−４は、基板の単一の層においてポリマで作られてよい。各送信する導波路１５０Ａ−１ないし１５０Ｄ−４は、複数の光送信機１１０Ａ−１ないし１１０Ｄ−４のうちの光送信機に光学的に接続され、かつ光送信機から発せられた光信号を受信するように、かつ受信された光信号を、複数のマルチプレクサ１４０Ａないし１４０Ｄのうちのマルチプレクサを介して複数のノード間導波路１３０−１ないし１３０−４のうちのノード間導波路に送信するように構成されたてよい。図１に示される例において、ノード間導波路１３０−１ないし１３０−４のいずれとも交差しない送信する導波路１５０Ａ−１（参照符号は省かれる）が、光送信機１１０Ａ−１（位置付けによって概略で示される）に光学的に接続され、かつ光送信機１１０Ａ−１から発せられた光信号を受信するように、かつ受信された光信号を、マルチプレクサ１４０Ａを介してノード間導波路１３０−１に送信するように構成される。同様に、送信する導波路１５０Ａ−２（参照符号は省かれる）が、光送信機１１０Ａ−２（位置付けによって概略で示される）に光学的に接続され、かつ光送信機１１０Ａ−２から発せられた光信号を受信するように、かつ受信された光信号を、マルチプレクサ１４０Ａを介してノード間導波路１３０−１に送信するように構成される。しかし、送信する導波路１５０Ａ−１とは異なり、送信する導波路１５０Ａ−２は、ノード間導波路１３０−１ないし１３０−４のうちの少なくとも１つ、すなわち、ノード間導波路１３０−１と交差する。送信する導波路１５０Ａ−２およびノード間導波路１３０−１の透明性のお陰で、送信する導波路１５０Ａ−２のコアは、ノード間導波路１３０−２に向かう途中でノード間導波路１３０−１のコアもしくはクラッドを通過してよい。代替として、ノード間導波路１３０−１のコアは、送信する導波路１５０Ａ−２のコアもしくはクラッドを通過してよい。交差する導波路の間の光信号のクロストーク（例えば、一方の導波路からの光信号の部分が他方の導波路における光信号と組み合わさること）を低減すべく、交差ポイントにおける交差する導波路の間の角度は、９０度に近くてよく、または実質的に９０度であってよい。送信する導波路１５０Ａ−１および１５０Ａ−２が、それぞれの光送信機１１０Ａ−１および１１０Ａ−２に光学的に接続され、かつそれぞれの光送信機１１０Ａ−１および１１０Ａ−２から発せられた光信号を受信するように、かつ受信された光信号をそれぞれのノード間導波路１３０−１および１３０−２に送信するように構成されるのと同様に、接尾文字ＡないしＤが、対応する光送信機チップ１１０Ａないし１１０Ｄを参照するものと理解され、かつ接尾番号−１ないし−４が、対応する光送信機１１０Ａ−１ないし１１０Ｄ−４およびノード間導波路１３０−１ないし１３０−４を参照するものと理解されて、複数の送信する導波路１５０Ａ−１ないし１５０Ｄ−４は、それぞれの光送信機１１０Ａ−１ないし１１０Ｄ−４に光学的に接続され、かつそれぞれの光送信機１１０Ａ−１ないし１１０Ｄ−４から発せられた光信号を受信するように、かつ受信された光信号をノード間導波路１３０−１ないし１３０−４に送信するように構成されてよい。
【００２９】
複数のミラー１６０Ａないし１６０Ｄは、基板、例えば、プリント回路基板の上に形成され、各ミラー１６０Ａないし１６０Ｄは、反射された光信号をもたらすべく複数のノード間導波路１３０−１ないし１３０−４のうちのノード間導波路上で伝播する光信号をそれぞれが部分的に反射するように配置される。例えば、ミラー１６０Ａは、ノード間導波路１３０−１ないし１３０−４のそれぞれの上で伝播する光信号を部分的に反射してよい。同様に、ミラー１６０Ｂないし１６０Ｄのそれぞれは、ノード間導波路１３０−１ないし１３０−４のそれぞれの上で伝播する光信号を部分的に反射してよい。本開示全体にわたって使用される、「ミラー」という術語は、ミラー・アレイとして配置された複数のミラー要素を参照し得る。例えば、ミラー１６０Ａは、導波路１３０−１、１３０−２、１３０−３、および１３０−４のそれぞれ、またはこれらのうちの複数の上を伝播する光信号を別々に反射する複数のミラー要素を含んでよい。また、「ミラー」という術語は、ミラー・アレイの単一のミラー要素を参照してもよい。複数のミラー１６０Ａないし１６０Ｄは、ノード間導波路１３０−１ないし１３０−４が形成されるのと同一の基板上、または光送信機チップ１１０Ａないし１１０Ｄまたは光受信機チップ１２０Ａないし１２０Ｄ、あるいはその両方が実装されるのと同一の基板上、あるいはその両方の基板上に形成されてよい。
【００３０】
複数の受信する導波路１７０Ａ−１ないし１７０Ｄ−４は、交差する導波路のうちの一方の導波路のコアが他方の導波路のコアもしくはクラッドを通過して、受信する導波路１７０Ａ−１ないし１７０Ｄ−４のうちの少なくとも１つがノード間導波路１３０−１ないし１３０−４のうちの少なくとも１つと交差するように基板、例えば、プリント回路基板の上に形成される。複数の受信する導波路１７０Ａ−１ないし１７０Ｄ−４は、ノード間導波路１３０−１ないし１３０−４が形成されるのと同一の基板上、または光送信機チップ１１０Ａないし１１０Ｄまたは光受信機チップ１２０Ａないし１２０Ｄ、あるいはその両方が実装されるのと同一の基板上、あるいはその両方の基板上に形成されてよい。受信する導波路１７０Ａ−１ないし１７０Ｄ−４、送信する導波路１５０Ａ−１ないし１５０Ｄ−４、およびノード間導波路１３０−１ないし１３０−４は、基板の単一の層においてポリマで作られてよい。各受信する導波路１７０Ａ−１ないし１７０Ｄ−４は、複数の光受信機１２０Ａ−１ないし１２０Ｄ−４のうちの光受信機に光学的に接続されてよく、かつ複数のミラー１６０Ａないし１６０Ｄのうちのミラーによってもたらされる反射された光信号を受信するように、かつ反射された光信号を光受信機に送信するように構成されてよい。図１に示される例において、ノード間導波路１３０−１ないし１３０−４のいずれとも交差しない受信する導波路１７０Ａ−１（参照符号は省かれる）が、光受信機１２０Ａ−１に光学的に接続され、かつミラー１６０Ａによってもたらされる反射された光信号を受信するように、かつ反射された光信号を光受信機１２０Ａ−１に送信するように構成される。同様に、受信する導波路１７０Ａ−２（参照符号は省かれる）が、光受信機１２０Ａ−２に光学的に接続され、かつミラー１６０Ａによってもたらされる反射された光信号を受信するように、かつ反射された光信号を光受信機１２０Ａ−２に送信するように構成される。しかし、受信する導波路１７０Ａ−１とは異なり、受信する導波路１７０Ａ−２は、ノード間導波路１３０−１ないし１３０−４のうちの少なくとも１つ、すなわち、ノード間導波路１３０−１と交差する。受信する導波路１７０Ａ−２およびノード間導波路１３０−１の透明性のお陰で、受信する導波路１７０Ａ−２は、光受信機１２０Ａ−２に向かう途中でノード間導波路１３０−１のコアもしくはクラッドを通過してよい。代替として、ノード間導波路１３０−１のコアが、受信する導波路１７０Ａ−２のコアもしくはクラッドを通過してよい。交差する導波路の間の光信号のクロストーク（例えば、一方の導波路からの光信号の部分が他方の導波路における光信号と組み合わさること）を低減すべく、交差ポイントにおける交差する導波路の間の角度は、９０度に近くてよく、または実質的に９０度であってよい。受信する導波路１７０Ａ−１および１７０Ａ−２が、それぞれの光受信機１２０Ａ−１および１２０Ａ−２に光学的に接続され、かつミラー１６０Ａによってもたらされる反射された光信号を受信するように、かつ反射された光信号をそれぞれの光受信機１２０Ａ−１および１２０Ａ−２に送信するように構成されるのと同様に、接尾文字ＡないしＤが、対応する光受信機チップ１２０Ａないし１２０Ｄを参照するものと理解され、かつ接尾番号−１ないし−４が、対応する光受信機１２０Ａ−１ないし１２０Ｄ−４を参照するものと理解されて、複数の受信する導波路１７０Ａ−１ないし１７０Ｄ−４は、それぞれの光受信機１２０Ａ−１ないし１２０Ｄ−４に光学的に接続され、かつミラー１６０Ａないし１６０Ｄによってもたらされる反射された光信号を受信するように、かつ反射された光信号をそれぞれの光受信機１２０Ａ−１ないし１２０Ｄ−４に送信するように構成されてよい。
【００３１】
複数のフィルタ１８０Ａないし１８０Ｄは、基板、例えば、プリント回路基板の上に形成され、各フィルタ１８０Ａないし１８０Ｄは、複数のミラー１６０Ａないし１６０Ｄのうちのミラーによってもたらされる反射された光信号に、反射された光信号が、反射された光信号を受信する受信する導波路１７０Ａ−１ないし１７０Ｄ−４によって光受信機１２０Ａ−１ないし１２０Ｄ−４に送信される前に、重みを適用するように構成される。例えば、フィルタ１８０Ａは、ミラー１６０Ａによってもたらされる反射された光信号に、反射された光信号が、受信する導波路１７０Ａ−１ないし１７０Ａ−４によって光受信機１２０Ａ−１ないし１２０Ａ−４に送信される前に、重みを適用するように構成されてよい。同様に、フィルタ１８０Ｂないし１８０Ｄのそれぞれは、それぞれ、ミラー１８０Ｂないし１８０Ｄによってもたらされる反射された光信号に、反射された光信号が、それぞれ、光受信機１２０Ｂ−１ないし１２０Ｂ−４、１２０Ｃ−１ないし１２０Ｃ−４、および１２０Ｄ−１ないし１２０Ｄ−４に送信される前に、重みを適用するように構成されてよい。複数のフィルタ１８０Ａないし１８０Ｄは、ノード間導波路１３０−１ないし１３０−４が形成されるのと同一の基板上、または光送信機チップ１１０Ａないし１１０Ｄまたは光受信機チップ１２０Ａないし１２０Ｄ、あるいはその両方が実装されるのと同一の基板上、あるいはその両方の基板上に形成されてよい。本開示の全体にわたって使用される、「フィルタ」という術語は、フィルタ・アレイとして配置された複数のフィルタ要素を参照し得る。例えば、フィルタ１８０Ａは、受信する導波路１７０Ａ−１、１７０Ａ−２、１７０Ａ−３、および１７０Ａ−４のそれぞれの上で送信される光信号に別々の重みを適用する複数のフィルタを含んでよい。同様に、フィルタ１８０Ｂは、受信する導波路１７０Ｂ−１、１７０Ｂ−２、１７０Ｂ−３、および１７０Ｂ−４のそれぞれの上で送信される光信号に別々の重みを適用する複数のフィルタを含んでよい。
【００３２】
ノード内信号線１９０Ａ−１ないし１９０Ｄ−４のそれぞれは、複数の光受信機１２０Ａ−１ないし１２０Ｄ−４のうちの光受信機、および複数の光送信機１１０Ａ−１ないし１１０Ｄ−４のうちの光送信機に接続され、かつ光受信機によって受信される光信号のパワーを表す電気信号を受信するように、かつ電気信号を光送信機に送信するように構成され、その結果、ニューロンの入力および出力を形成すべく光受信機と光送信機を接続する。例えば、ノード内信号線１９０Ａ−１は、光受信機１２０Ａ−１および光送信機１１０Ａ−１に接続されてよく、かつ光受信機１２０Ａ−１によって受信される光信号のパワーを表す電気信号を受信するように、かつ電気信号を光送信機１１０Ａ−１に送信するように構成されてよく、その結果、ニューロンの入力および出力を形成すべく光受信機１２０Ａ−１と光送信機１１０Ａ−１を接続する。（送信する導波路、受信する導波路、およびノード間導波路を含む様々な導波路は、このため、シナプスとして機能してよい。）このようにして、図１に示される特定の例において、同一の接尾文字を有する送信機チップ１１０と受信機チップ１２０の各セット（例えば、送信機チップ１１０Ａと受信機チップ１２０Ａ）は、光送信機１１０Ａ−１ないし１１０Ｄ−４が差動ペアに分割されるかどうかに依存して、２つ、または４つのニューロンを備えてよい。差動ペアの事例において、例えば、送信機チップ１１０Ａと受信機チップ１２０Ａのセットは、可変光送信機１１０Ａ−１と、基準光送信機１１０Ａ−２と、光受信機１２０Ａ−１および１２０Ａ−２と、ノード内信号線１９０Ａ−１および１９０Ａ−２とを有する第１のニューロンを含んでよく、かつ可変光送信機１１０Ａ−３と、基準光送信機１１０Ａ−４と、光受信機１２０Ａ−３および１２０Ａ−４と、ノード内信号線１９０Ａ−３および１９０Ａ−４とを有する第２のニューロンを含んでよい。しかし、チップ・ペアにおけるニューロンの数は、任意の数であり得る。さらに、一部の実施形態において、光送信機と光受信機は、単一のチップに実装され得る。
【００３３】
図１において、光送信機チップ１１０Ａないし１１０Ｄのそれぞれは、同一の数の光送信機（光送信機チップ１１０Ａの場合、４つの光送信機１１０Ａ−１ないし１１０Ａ−４）を含み、光受信機チップ１２０Ａないし１２０Ｄのそれぞれは、同一の数の光受信機（光受信機チップ１２０Ａの場合、４つの光送信機１２０Ａ−１ないし１２０Ａ−４）を含む。さらに、光送信機チップ１１０Ａないし１１０Ｄのそれぞれに含まれる光送信機の数（例えば、４つ）は、光受信機チップ１２０Ａないし１２０Ｄのそれぞれに含まれる光受信機の数（例えば、４つ）と同一である。この事例において、送信する導波路を介して光送信機チップのそれぞれに接続されるノード間導波路１３０−１ないし１３０−４の数（例えば、送信する導波路１５０Ａ−１ないし１５０Ａ−４を介して光送信機チップ１１０Ａに接続されるノード間導波路１３０−１ないし１３０−４、または送信する導波路１５０Ａ−１ないし１５０Ａ−４を介して光送信機チップ１１０Ｂに接続されるノード間導波路１３０−１ないし１３０−４のように４つ）は、光送信機チップのそれぞれに含まれる光送信機の数（例えば、４つ）、および光受信機チップのそれぞれに含まれる光受信機の数（例えば、４つ）と同一であってよい。ノード間導波路１３０−１ないし１３０−４の数を、１チップ当たりの光送信機／受信機の数と合致させることによって、ノード間導波路１３０−１ないし１３０−４のそれぞれは、チャネル、例えば、接尾番号−１ないし−４に対応するチャネルを定義すべく各チップの同じ位置付けの光送信機／受信機に専用であり得る。このため、例えば、各光送信機チップ（例えば、光送信機チップ１１０Ａまたは１１０Ｂ）の第２の光送信機（例えば、光送信機１１０Ａ−２または１１０Ｂ−２）が、前述されるとおり差動信号の基準光信号を発する場合、第２の光送信機（例えば、光送信機１１０Ａ−２、１１０Ｂ−２、１１０Ｃ−２、および１１０Ｄ−２）のすべて、第２の光受信機（例えば、光受信機１２０Ａ−２、１２０Ｂ−２、１２０Ｃ−２、および１２０Ｄ−２）のすべて、第２の送信する導波路（例えば、送信する導波路１５０Ａ−２、１５０Ｂ−２、１５０Ｃ−２、および１５０Ｄ−２）のすべて、第２の受信する導波路（例えば、受信する導波路１７０Ａ−２、１７０Ｂ−２、１７０Ｃ−２、および１７０Ｄ−２）のすべて、およびノード間導波路１３０−２が、光送信機の複数の差動ペアによって使用されるように基準チャネルを定義してよい。
【００３４】
図２は、図１に示される導波路アーキテクチャの領域、すなわち、図１における破線の円で示される領域の例示的な図を示す。図２に示されるとおり、マルチプレクサ１４０Ａは、入口ミラー１４１Ａと、マルチプレクサ１４０Ａがマルチプレクサ１４０Ａの入力信号をその上に多重化するノード間導波路１３０−１に第１の入口アーム、および出口アームによって接続されたＹ字形の導波路構造１４２Ａ−１とを含み、入口ミラー１４１Ａは、入力信号として、複数の導波路のうちの送信する導波路１５０Ａ−１によって送信された光信号を受信するように、かつＹ字形の導波路構造の第２の入口アームに入り、第２の入口アームがＹ字形の導波路構造１４２Ａ−１の第１の入口アームと出会うノード間導波路１３０−１上で伝播する光信号に加わる反射された光信号をもたらすべく入力信号を反射するように構成される。Ｙ字形の導波路構造１４２Ａ−１の第１の入口アームおよび出口アームは、物理的にノード間導波路１３０−１の長さ、例えば、Ｙ字形の導波路構造１４２Ａ−１を形成すべく第２の入口アームがノード間導波路１３０−１と出会うポイントの前と後の長さであってよい。この理由で、Ｙ字形の導波路構造１４２Ａ−１の第２の入口アームだけが、図２においてノード間導波路１３０−１から分離した構造として示される。入口ミラー１４１Ａは、送信する導波路１５０Ａ−１に面する側に入射する光に関して実質的に１の反射係数を有してよい一方で、反対側に入射する光に関して実質的に０の反射係数を有する。このようにして、入口ミラー１４１Ａは、ノード間導波路１３０−１上で伝播する光信号がＹ字形の導波路構造１４２−１の第１の入口アームに入るように通過することを許しながら、送信する導波路１５０Ａ−１によって送信される光信号を反射して、反射された光信号がＹ字形の導波路構造１４２−１の第１の入口アームに入るようにしてよい。
【００３５】
Ｙ字形の導波路構造１４２−２ないし１４２−４は、送信する導波路１５０−２ないし１５２−４、およびノード間導波路１３０−２ないし１３０−４に関して、Ｙ字形の導波路構造１４２−１が、送信する導波路１５０−１、およびノード間導波路１３０−１に関して有するのと同一の機能を有してよい。マルチプレクサ１４０Ａは、入口ミラー１４１ＡとＹ字形の導波路構造１４２Ａ−１ないし１４２−４のそれぞれの組合せを指してよい。代替として、マルチプレクサ１４０Ａは、単一のＹ字形の導波路構造（例えば、１４２Ａ−１）と組み合わされた入口ミラー１４１Ａを指してよく、したがって、図２は、入口ミラー１４１Ａを共有する４つのマルチプレクサ１４０Ａを示す。
【００３６】
図３は、ミラー１６０Ａないし１６０Ｄの反射係数を含む図１に示される導波路アーキテクチャの例示的な図を示す。限られたスペースのため、および簡単にするため、光送信機チップ１１０Ａないし１１０Ｄ、光受信機チップ１２０Ａないし１２０Ｄ、ノード間導波路１３０−１ないし１３０−４、およびミラー１６０Ａないし１６０Ｄだけに、図３において参照符号が与えられ、個々の光送信機１１０Ａ−１ないし１１０Ｄ−４または光受信機１２０Ａ−１ないし１２０Ｄ−４のいずれも示されない。さらに、光送信機チップ１１０Ａないし１１０Ｄ、および光受信機チップ１２０Ａないし１２０Ｄに関する「Ｔｘ」および「Ｒｘ」というラベルは、省かれており、それらの代わりに、光送信機チップ１１０Ａないし１１０Ｄのそれぞれは、対応する波長λＡないしλＤによってラベル付される。これらのラベルによって示されるとおり、図３に示される例において、光送信機チップ１１０Ａないし１１０Ｄは、それぞれ、対応する送信波長λＡないしλＤに専用である。すなわち、光送信機チップ１１０Ａの複数の光送信機１１０Ａ−１ないし１１０Ａ−４によって発せられる光信号は、波長λＡにあり、光送信機チップ１１０Ｂの複数の光送信機１１０Ｂ−１ないし１１０Ｂ−４によって発せられる光信号は、波長λＢにあるといった具合である。このため、例えば、光送信機１１０Ａ−１、１１０Ｂ−１、１１０Ｃ−１、および１１０Ｄ−１によって発せられる光信号は、それぞれの波長λＡ、λＢ、λＣ、およびλＤにあり、異なる波長のこれら４つの光信号は、それぞれ、送信する導波路１５０Ａ−１、１５０Ｂ−１、１５０Ｃ−１、および１５０Ｄ−１によって送信され、かつ、例えば、波長分割多重化（ＷＤＭ）を使用して、それぞれのマルチプレクサ１４０Ａ、１４０Ｂ、１４０Ｃ、および１４０Ｄによって最も内側のノード間導波路１３０−１上に多重化される。同様に、光送信機１１０Ａ−２、１１０Ｂ−２、１１０Ｃ−２、および１１０Ｄ−２によって発せられる光信号は、それぞれの波長λＡ、λＢ、λＣ、およびλＤにあり、異なる波長のこれら４つの光信号は、それぞれ、送信する導波路１５０Ａ−２、１５０Ｂ−２、１５０Ｃ−２、および１５０Ｄ−２によって送信され、かつ、例えば、波長分割多重化（ＷＤＭ）を使用して、それぞれのマルチプレクサ１４０Ａ、１４０Ｂ、１４０Ｃ、および１４０Ｄによって次のノード間導波路１３０−２上に多重化される。第３のチャネル、および第４のチャネルは、対応するように機能してよい。このため、４つの波長λＡ、λＢ、λＣ、およびλＤの光信号は、４つのノード間導波路１３０−１ないし１３０−４のそれぞれの上で伝播してよい。
【００３７】
図３に示される例において、ミラー１６０Ａないし１６０Ｄは、各チップ・ペア（光受信機チップと光送信機チップの各ペア）の光受信機チップ１２０Ａないし１２０Ｄが、その他のチップ・ペアの光送信機チップによって発せられた光信号のすべてを受信するように構成される。例えば、ミラー１６０Ａは、光受信機チップ１２０Ａが、光送信機チップ１２０Ｂ、１２０Ｃ、および１２０Ｄによって発せられた光信号のすべてを受信するように構成される。特に、図３に例として示されるとおり、ミラー１６０Ａの反射係数は、波長に依存してよい。例えば、ブラッグ・フィルタ（bragg filter）、または異なる波長に関して異なる透明度を有するブラッグ・フィルタの組合せが、ミラー１６０Ａないし１６０Ｄのいずれとして使用されてもよい。図３に示される導波路アーキテクチャに関して、ノード間導波路１３０−１ないし１３０−４上を伝播する光信号は、反時計回りに伝わっている。このため、光送信機チップ１１０Ｄによって発せられた光信号が、光受信機チップ１２０Ａに向けて反射されるべくミラー１６０Ａに到達したとき、光信号は、光受信機チップ１２０Ｂおよび１２０Ｃに向けて反射されるべくミラー１６０Ｂおよび１６０Ｃにまだ着信しておらず、したがって、ミラー１６０Ａを透過して伝わることを許されなければならない。光送信機チップ１１０Ｃによって発せられた光信号が、光受信機１２０Ａに到達したとき、光信号は、ミラー１６０Ｂにまだ着信しておらず、したがって、ミラー１６０Ａを透過して伝わることを許されなければならない。光送信機チップ１１０Ｃによって発せられた光信号が、光受信機１２０Ａに到達したとき、光信号は、さらに進む必要はない（光信号が、光送信機チップ１１０Ｃと同一のチップ・ペアの光受信機チップ１１０Ｃによって受信される必要がない事例において）。
【００３８】
これらの原理に基づいて、ミラー１６０Ａないし１６０Ｄは、図３に示されるとおり構成されてよく、したがって、（ミラー１６０Ａを代表的な例として使用して）波長λＤに関する反射係数は、約０．３３、つまり１／３であり、光送信機チップ１１０Ｄから発せられた光信号が、依然として、２つの光受信機チップ１２０Ｂおよび１２０Ｃによって受信されることを許し、波長λＣに関する反射係数は、約０．５であり、光送信機チップ１１０Ｃから発せられた光信号の残りの２／３の１／２が、依然として、１つの光受信機チップ１２０Ｂによって受信されることを許し（最初の１／３は、ミラー１６０Ｄによって反射されている）、波長λＢに関する反射係数は、約１、例えば、光送信機チップ１１０Ｃから発せられた光信号の残り（最初の２／３が、ミラー１６０Ｃおよび１６０Ｄによって反射された後）である。波長λＡに関する反射係数に関しては、その反射係数が一部の実施形態において０であってよく、ミラー１６０Ａによる、光送信機チップ１１０Ａから発せられた残りの光信号の反射をまったく許さないため、またはその反射係数は、ミラー１６０Ｂ、１６０Ｃ、および１６０Ｄによって反射された後、そのようなλＡ光信号がまったく残らないという想定の下で任意の恣意的な値であってよいため、図３において０＊として示される。ミラー１６０Ｂ、１６０Ｃ、および１６０Ｄは、図３に示されるとおり、対応するように構成されてよい。このため、ノード内信号線１９０Ａ−１ないし１９０Ｄ−４を介して光送信機１１０Ａ−１ないし１１０Ｄ−４に接続された光受信機１２０Ａ−１ないし１２０Ｄ−４のそれぞれに関して、複数のミラー１６０Ａないし１６０Ｄは、反射された光信号が光受信機に送信され、かつ反射係数が、光送信機によって発せられた光信号の波長に関して実質的に０であるミラーを含む。これらの反射係数λＡないしλＤで、各光送信機からの各光信号は、実質的に反射され、かつ実質的に同一のパワー（導波路を通る光損失を考慮せずにこの実施形態において送信される光信号の１／３）を有する複数の光信号に分割されてよく、各分割された光信号は、対応する受信する導波路を通って伝播され得る。
【００３９】
図４は、フィルタ１８０Ａの恣意的な重みを含む図２に示される導波路アーキテクチャの領域の例示的な図を示す。限られたスペースのため、および簡単にするため、ノード間導波路１３０−１ないし１３０−４、送信する導波路１５０Ａ−１ないし１５０Ａ−４、ミラー１６０Ａ、受信する導波路１７０Ａ−１ないし１７０Ａ−４、およびフィルタ１８０Ａだけに、図４において参照符号が与えられる。図４の例において、フィルタ１８０Ａは、適用される重みが波長に依存するスペクトル・フィルタである。図４の例は、波長に関して図３と同一の規約を使用する。すなわち、波長λＡ、λＢ、λＣ、およびλＤは、それぞれ、光送信機１１０Ａ、１１０Ｂ、１１０Ｃ、および１１０Ｄによって発せられる光信号の波長である。図３に関して例としてさらに説明されるとおり、４つの波長のそのような光信号は、ノード間導波路１３０−１、１３０−２、１３０−３、および１３０−４のそれぞれの上を伝播してよく、かつ４つの波長（またはミラー１６０Ａないし１６０Ｄの構成に依存して、４つのうちの３つ）の各波長の反射された光信号が、各受信する導波路１７０Ａ−１、１７０Ａ−２、１７０Ａ−３、および１７０Ａ−４によって光受信機チップ１２０Ａに送信されるようにミラー１６０Ａによって反射されてよい。フィルタ１８０Ａとしてスペクトル・フィルタを使用することによって、各波長の光信号は、異なるように重み付けされてよい。また、フィルタは、前述されるとおり、複数のフィルタを含むフィルタ・アレイであってよいので、重み付けスキームは、受信する導波路１７０Ａ−１、１７０Ａ−２、１７０Ａ−３、および１７０Ａ−４のそれぞれに関して異なってよいことにも留意されたい。
【００４０】
図４に示される特定の例において、受信する導波路１７０Ａ−１、１７０Ａ−２、１７０Ａ−３、および１７０Ａ−４のそれぞれに関する各波長に関して恣意的な重みが示される。簡単にするため、３つの陰影、すなわち、相対的に「透明な」フィルタリング、例えば、高い重みを表す白、相対的に「不透明な」フィルタリング、例えば、低い重みを表す黒、および中間レベルの重みを用いたフィルタリングを表すグレーが使用される。しかし、任意の数の重みグラデーションが可能であり得る。図４の例において、第２のチャネルおよび第４のチャネル、例えば、受信する導波路１７０Ａ−２および１７０Ａ−４を含むチャネルは、差動ペアの基準光信号のためのものであり、このため、それらのチャネルには、この例においてすべての波長に関して中レベルの重み（グレー）が与えられる。第１のチャネルおよび第３のチャネル、例えば、受信する導波路１７０Ａ−１および１７０Ａ−３を含むチャネルに関して示される重みは、重みの恣意的な分布を表すことを意図している。このようにして、フィルタ１８０Ａは、光送信機１１０Ａ−１ないし１１０Ｄ−４のそれぞれによって発せられる光信号に別々に重み付けしてよい。同様に、フィルタ１８０Ｂ、１８０Ｃ、および１８０Ｄは、同一の重み分布を使用すること、または異なる重み分布を使用することによって、光送信機１１０Ａ−１ないし１１０Ｄ−４のそれぞれによって発せられる光信号に別々に重み付けしてよい。一部の実施形態において、フィルタ１８０Ａは、ミラー１６０Ａないし１６０Ｄが、受信する導波路１７０Ａ−１ないし１７０Ａ−４が波長λＡを有する光信号（そのような光信号は、同一のチップ・ペアの光送信機チップ１１０Ａによって発せられている）を受信することを防止するように構成され得るため、波長λＡを有する光信号にまったく重みを適用しなくてよい（または０の重みを適用してよい）。同じことが、その他のフィルタ１８０Ｂないし１８０Ｄに関して対応するように当てはまり得る。
【００４１】
一部の実施形態において、フィルタ１８０Ａないし１８０Ｄの重みを変更することが可能であり得る。例えば、フィルタ１８０Ａないし１８０Ｄは、適用される重みを変更すべく交換され得る、例えば、物理的に取り外され、かつ取り替えられ得る１つまたは複数の交換可能なフィルタを含んでよい。この取り替えは、ユーザの手作業で行われ得る。代わりに、光ニューラル・コンポーネント１００に接続された、または含まれるコントローラまたはコンピュータによって制御されるマニピュレータまたは機構が、各フィルタ１８０Ａないし１８０Ｄ、または各受信する導波路１７０Ａ−１ないし１７０Ｄ−４上の個々のフィルタ要素を変更してよい。別の例として、フィルタ１８０Ａないし１８０Ｄは、適用される重みを変更すべく透明度が変えられ得る１つまたは複数の可変フィルタを含んでよい。透明度を変えることは、様々な方法で、例えば、駆動電圧を変更することによって透明度が変更され得る液晶フィルタを使用して、光のパワーを変更すべく光減衰器を使用して、光信号をいくつかのサブ導波路に分割し、かつサブ導波路の一部分だけが光信号を伝播することを許すべく光スイッチを選択的にＯＮにすること、およびＯＦＦにすることを行って、実現されてよい。重みを調整すべく透明度を変えるためのそのような構成は、受信する導波路１７０Ａ−１ないし１７０Ａ−４のそれぞれの上の光信号をそれぞれの波長λＡ、λＢ、λＣ、およびλＤに分割した後に用いられてよい。その結果、例として、光受信機１２０Ｄ−１が、導波路を通るパワー損失を考慮しないで、ＴＴｘＡ−１、ＴＴｘＢ−１、およびＴＴｘＣ−１が、それぞれ、光送信機１１０Ａ−１、１１０Ｂ−１、および１１０Ｃ−１からの発せられた光信号のパワーを表し、ＷλＡＤ−１、ＷλＢＤ−１、およびＷλＣＤ−１が、それぞれ、波長λＡ、λＢ、およびλＣにおける受信する導波路１７０Ｄ−１に関するフィルタ１８０Ａの透明度係数に基づく重みであるものとして、ＰＲｘＤ−１＝１／３（ＷλＡＤ−１ＴＴｘＡ−１＋ＷλＢＤ−１ＴＴｘＢ−１＋ＷλＣＤ−１ＴＴｘＣ−１）の合計パワーを有する光信号を受信してよく、光受信機１２０Ｄ−１と１２０Ｄ−２の差動ペアが、ＰＲｘＤ−１およびＰＲｘＤ−２のパワーを有する差動光信号を受信し、受信された値が、これらのパワーの差（例えば、ＰＲｘＤ１＆２＝ＰＲｘＤ−１−ＰＲｘＤ−２）に基づいて計算される。光受信機（例えば、１２０Ｄ−１と１２０Ｄ−２）のペアおよび光送信機（例えば、１１０Ｄ−１と１１０Ｄ−２）の対応する差動ペアのセットが、各ニューロンに含まれてよく、ニューロンの出力は、受信された値にシグモイド関数などのニューラル出力関数ｆ（ｘ）を適用すること、または積分発火スパイキング・モデル（Integrate and Fire spiking model）によって計算されてよい。例えば、光送信機１１０Ｄ−１と１１０Ｄ−２の差動ペアから出力された光パワーの差によって表される、出力信号の値は、ｆ（ＰＲ×Ｄ１＆２）に基づいて算出されて（例えば、比例的に算出されて）よい。
【００４２】
図５は、送信機チップ１１０Ａおよび送信する導波路１５０Ａ−１が上に形成された基板の一部分の例示的な側面図を示す。図５に示される例において、送信する導波路１５０Ａ−１がその上に形成される基板は、光送信機チップ１１０Ａが実装されるのと同一の基板である。図５に示されるとおり、送信する導波路１５０Ａ−１は、基板に垂直な方向からの光を基板に平行な方向に向け直すように構成された、例えば、基板に対して実質的に４５°の角度で位置付けられた入口ミラー５１０と一緒に、基板（送信する導波路１５０Ａ−１がその上に形成される水平表面によって表される）の表面上に形成される。光送信機１１０Ａ−１を含む光送信機チップ１１０Ａは、例えば、フリップ・チップ・ボンディングによって、光送信機１１０Ａ−１が基板に面して基板に実装される。破線は、光送信機１１０Ａ−１によって発せられる光信号を概略で表す。
【００４３】
図６は、受信機チップ１２０Ａおよび受信する導波路１７０Ａ−１がその上に形成される基板の一部分の例示的な側面図を示す。図６の例において、受信する導波路１７０Ａ−１がその上に形成される基板は、光受信機チップ１７０Ａが実装されるのと同一の基板である。図６に示されるとおり、受信する導波路１７０Ａ−１は、基板に平行な方向からの光を基板に垂直な方向に向け直すように構成された、例えば、基板に対して実質的に４５°の角度で位置付けられた出口ミラー６１０と一緒に、基板（受信する導波路１７０Ａ−１がその上に形成される水平表面によって表される）の表面上に形成される。光受信機１２０Ａ−１を含む光送信機チップ１２０Ａは、例えば、フリップ・チップ・ボンディングによって、光受信機１２０Ａ−１が基板に面して基板に実装される。破線は、光受信機１２０Ａ−１によって受信される光信号を概略で表す。
【００４４】
図５に関して説明される構成は、光送信機チップ１１０Ａに接続された送信する導波路１５０Ａ−２ないし１５０Ａ−４のうちの残りの送信する導波路にも適用されてよく、図６に関して説明される構成は、光受信機チップ１２０Ａに接続された受信する導波路１７０Ａ−２ないし１７０Ａ−４のうちの残りの受信する導波路にも適用されてよい。さらに、図５および図６に関して説明される構成は、送信する導波路１５０Ｂ−１ないし１５０Ｄ−４および光送信機チップ１１０Ｂないし１１０Ｄ、受信する導波路１７０Ｂ−１ないし１７０Ｄ−４および光受信機チップ１２０Ｂないし１２０Ｄに対応するように適用されてよい。このため、光送信機チップ１１０Ａないし１１０Ｄおよび光受信機チップ１２０Ａないし１２０Ｄのそれぞれは、チップに含まれる少なくとも１つの光送信機（例えば、光送信機１１０Ａ−１）、またはチップに含まれる少なくとも１つの光受信機（例えば、光受信機１２０Ａ−１）が基板に面するように配置されてよく、送信する導波路１５０Ａ−１ないし１５０Ｄ−４は、入口ミラー５１０を介して光送信機１１０Ａ−１ないし１１０Ｄ−４に接続され、受信する導波路１７０Ａ−１ないし１７０Ｄ−４は、出口ミラー６１０を介して光送信機１２０Ａ−１ないし１２０Ｄ−４に接続される。
【００４５】
光ニューラル・コンポーネント１００の様々な導波路およびマルチプレクサ１４０Ａないし１４０Ｄは、基板の層に下部クラッド層を形成すること、下部クラッド層上にコア層を形成すること、およびコア層上に上部クラッド層を形成することによって製造されてよい。下部クラッド層および上部クラッド層は、例えば、スピン・コートまたはカーテン・コート、および焼成を使用して第１のポリマを施すことによって形成されてよい。下部クラッド層および上部クラッド層は、複数の平行の導波路によって共有されてよい。コア層は、例えば、スピン・コートまたはカーテン・コート、および焼成を使用して第２のポリマ、または同一のポリマを施すことによって形成されてよく、コアとなるべき部分に開口を有するフォトマスク・パターンが、第２のポリマ上に形成され、かつ屈折率を高めるべく紫外線を照射される。ミラー１６０Ａないし１６０Ｄ、入口ミラー５１０、および出口ミラー６１０は、例えば、コアの端部を切断すること、およびアルミニウム、銀、その他などのミラー材料の蒸着によって反射表面を形成することによって、導波路の形成中に形成されてよく、または全反射機構が使用されてよい。
【００４６】
図７は、本発明の実施形態による光ニューラル・コンポーネント１００のための導波路アーキテクチャの例示的な図を示す。図７のアーキテクチャは、図１のアーキテクチャがどのように、送信機チップと受信機チップのより多くのペア、例えば、より多くのニューロンを含むように拡張され得るかの例である。限られたスペースのため、複数の送信する導波路１５０Ｂ−１ないし１５０Ｂ−４、１５０Ｄ−１ないし１５０Ｄ−４、１５０Ｅ−５ないし１５０Ｅ−８、１５０Ｆ−５ないし１５０Ｆ−８、および１５０Ｈ−５ないし１５０Ｈ−８のうち、送信する導波路１５０Ｄ−１ないし１５０Ｄ−４だけに、図７において参照符号が与えられる。同様に、複数のマルチプレクサ１４０Ａないし１４０Ｈのうち、マルチプレクサ１４０Ｂだけに、図７において参照符号が与えられ、複数のミラー１６０Ａないし１６０Ｈのうち、ミラー１６０Ｂだけに、図７において参照符号が与えられ、複数のフィルタ１８０Ｂ、１８０Ｄ、１８０Ｅ、１８０Ｆ、および１８０Ｈのうち、フィルタ１８０Ｂだけに、図７において参照符号が与えられ、複数の受信する導波路１７０Ｂ−１ないし１７０Ｂ−４、１７０Ｄ−１ないし１７０Ｄ−４、１７０Ｅ−５ないし１７０Ｅ−８、１７０Ｆ−５ないし１７０Ｆ−８、および１７０Ｈ−５ないし１７０Ｈ−８のうち、受信する導波路１７０Ｄ−１ないし１７０Ｄ−４だけに、図７において参照符号が与えられ、複数のノード内信号線１９０Ｂ−１ないし１９０Ｂ−４、１９０Ｄ−１ないし１９０Ｄ−４、１９０Ｅ−５ないし１９０Ｅ−８、１９０Ｆ−５ないし１９０Ｆ−８、および１９０Ｈ−５ないし１９０Ｈ−８のうち、ノード内信号線１９０Ｈ−５ないし１９０Ｈ−８だけに、図７において参照符号が与えられる。それでも、図７に示される送信する導波路、マルチプレクサ、ミラー、受信する導波路、フィルタ、およびノード内信号線の省かれた参照符号は、図１および図２に関連して前述されるのと同じ様態で、接尾文字ＡないしＨが、対応する光送信機チップ１１０Ａないし１１０Ｈ、および光受信機チップ１２０Ａないし１２０Ｈを参照するものと理解され、かつ接尾番号１ないし８が、対応するノード間導波路１３０−１ないし１３０−８を参照するものと理解されて、本開示の全体にわたって参照され得る。
【００４７】
図１の光送信機チップ１１０Ａないし１１０Ｄが、それぞれの複数の光送信機１１０Ａ−１ないし１１０Ａ−４、１１０Ｂ−１ないし１１０Ｂ−４、１１０Ｃ−１ないし１１０Ｃ−４、および１１０Ｄ−１ないし１１０Ｄ−４を含むのと同様に、図７の光送信機チップ１１０Ａないし１１０Ｈは、それぞれの複数の光送信機１１０Ａ−１ないし１１０Ａ−４、１１０Ｂ−１ないし１１０Ｂ−４、１１０Ｃ−１ないし１１０Ｃ−４、１１０Ｄ−１ないし１１０Ｄ−４、１１０Ｅ−５ないし１１０Ｅ−８、１１０Ｆ−５ないし１１０Ｆ−８、１１０Ｇ−５ないし１１０Ｇ−８、および１１０Ｈ−５ないし１１０Ｈ−８を含むが、例示を容易にするため、光送信機のいずれも図７に示されない。同じ様態で、図１の光受信機チップ１２０Ａないし１２０Ｄが、それぞれの複数の光受信機１２０Ａ−１ないし１２０Ａ−４、１２０Ｂ−１ないし１２０Ｂ−４、１２０Ｃ−１ないし１２０Ｃ−４、および１２０Ｄ−１ないし１２０Ｄ−４を含むのと同様に、図７の光受信機チップ１２０Ａないし１２０Ｈは、それぞれの複数の光受信機１２０Ａ−１ないし１２０Ａ−４、１２０Ｂ−１ないし１２０Ｂ−４、１２０Ｃ−１ないし１２０Ｃ−４、１２０Ｄ−１ないし１２０Ｄ−４、１２０Ｅ−５ないし１１０Ｅ−８、１２０Ｆ−５ないし１２０Ｆ−８、１２０Ｇ−５ないし１２０Ｇ−８、および１２０Ｈ−５ないし１２０Ｈ−８を含むが、例示を容易にするため、光受信機のいずれも図７に示されない。
【００４８】
図１の例において、複数のノード間導波路１３０−１ないし１３０−４は、同心のループとして配置されたノード間導波路のうちの２つ以上を有する第１のリング（例えば、ノード間導波路１３０−１ないし１３０−４）を含み、複数の光送信機１１０Ａ−１ないし１１０Ｄ−４は、第１のリングの内側に置かれた光送信機のうちの２つ以上を有する第１の内側光送信機グループ（例えば、光送信機１１０Ａ−１ないし１１０Ｄ−４）を含み、複数の光受信機１２０Ａ−１ないし１２０Ｄ−４は、第１のリングの内側に置かれた光受信機のうちの２つ以上を有する第１の内側光受信機グループ（例えば、光受信機１２０Ａ−１ないし１２０Ｄ−４）を含む。図７の例において、図１と同様に、複数のノード間導波路１３０−１ないし１３０−８は、同心のループとして配置されたノード間導波路のうちの２つ以上を有する第１のリング（例えば、ノード間導波路１３０−１ないし１３０−４）を含み、複数の光送信機１１０Ａ−１ないし１１０Ａ−４、１１０Ｂ−１ないし１１０Ｂ−４、１１０Ｃ−１ないし１１０Ｃ−４、１１０Ｄ−１ないし１１０Ｄ−４、１１０Ｅ−５ないし１１０Ｅ−８、１１０Ｆ−５ないし１１０Ｆ−８、１１０Ｇ−５ないし１１０Ｇ−８、および１１０Ｈ−５ないし１１０Ｈ−８は、第１のリングの内側に置かれた光送信機のうちの２つ以上を有する第１の内側光送信機グループ（例えば、光送信機１１０Ｂ−１ないし１１０Ｂ−４および１１０Ｄ−１ないし１１０Ｄ−４）を含み、複数の光受信機１２０Ａ−１ないし１２０Ａ−４、１２０Ｂ−１ないし１２０Ｂ−４、１２０Ｃ−１ないし１２０Ｃ−４、１２０Ｄ−１ないし１２０Ｄ−４、１２０Ｅ−５ないし１２０Ｅ−８、１２０Ｆ−５ないし１２０Ｆ−８、１２０Ｇ−５ないし１２０Ｇ−８、および１２０Ｈ−５ないし１２０Ｈ−８は、第１のリングの内側に置かれた光受信機のうちの２つ以上を有する第１の内側光受信機グループ（例えば、光受信機１２０Ｂ−１ないし１２０Ｂ−４および１２０Ｄ−１ないし１２０Ｄ−４）を含む。第１の複数の光送信機１１０Ａ−１ないし１１０Ａ−４、１１０Ｂ−１ないし１１０Ｂ−４、１１０Ｃ−１ないし１１０Ｃ−４、１１０Ｄ−１ないし１１０Ｄ−４、１１０Ｅ−５ないし１１０Ｅ−８、１１０Ｆ−５ないし１１０Ｆ−８、１１０Ｇ−５ないし１１０Ｇ−８、および１１０Ｈ−５ないし１１０Ｈ−８は、第１のリングの外側に置かれた光送信機のうちの２つ以上を有する第１の外側光送信機グループ（例えば、光送信機１１０Ａ−１ないし１１０Ａ−４および１１０Ｃ−１ないし１１０Ｃ−４）をさらに含んでよく、複数の受信機１２０Ａ−１ないし１２０Ａ−４、１２０Ｂ−１ないし１２０Ｂ−４、１２０Ｃ−１ないし１２０Ｃ−４、１２０Ｄ−１ないし１２０Ｄ−４、１２０Ｅ−５ないし１２０Ｅ−８、１２０Ｆ−５ないし１２０Ｆ−８、１２０Ｇ−５ないし１２０Ｇ−８、および１２０Ｈ−５ないし１２０Ｈ−８は、第１のリングの外側に置かれた光受信機のうちの２つ以上を有する第１の外側光受信機グループ（例えば、光受信機１２０Ａ−１ないし１２０Ａ−４および１２０Ｃ−１ないし１２０Ｃ−４）をさらに含んでよい。
【００４９】
図７に示されるとおり、複数のノード間導波路１３０−１ないし１３０−８は、同心のループとして配置されたノード間導波路のうちの２つ以上を有する第２のリング（例えば、ノード間導波路１３０−５ないし１３０−８）をさらに含み、複数の光送信機１１０Ａ−１ないし１１０Ａ−４、１１０Ｂ−１ないし１１０Ｂ−４、１１０Ｃ−１ないし１１０Ｃ−４、１１０Ｄ−１ないし１１０Ｄ−４、１１０Ｅ−５ないし１１０Ｅ−８、１１０Ｆ−５ないし１１０Ｆ−８、１１０Ｇ−５ないし１１０Ｇ−８、および１１０Ｈ−５ないし１１０Ｈ−８は、第２のリングの内側に置かれた光送信機のうちの２つ以上を有する第２の内側光送信機グループ（例えば、１１０Ｅ−５ないし１１０Ｅ−８、１１０Ｆ−５ないし１１０Ｆ−８、および１１０Ｈ−５ないし１１０Ｈ−８）を含み、複数の光受信機１２０Ａ−１ないし１２０Ａ−４、１２０Ｂ−１ないし１２０Ｂ−４、１２０Ｃ−１ないし１２０Ｃ−４、１２０Ｄ−１ないし１２０Ｄ−４、１２０Ｅ−５ないし１２０Ｅ−８、１２０Ｆ−５ないし１２０Ｆ−８、１２０Ｇ−５ないし１２０Ｇ−８、および１２０Ｈ−５ないし１２０Ｈ−８は、第２のリングの内側に置かれた光受信機のうちの２つ以上を有する第２の内側光受信機グループ（例えば、１２０Ｅ−５ないし１２０Ｅ−８、１２０Ｆ−５ないし１２０Ｆ−８、および１２０Ｈ−５ないし１２０Ｈ−８）を含む。第１の複数の光送信機１１０Ａ−１ないし１１０Ａ−４、１１０Ｂ−１ないし１１０Ｂ−４、１１０Ｃ−１ないし１１０Ｃ−４、１１０Ｄ−１ないし１１０Ｄ−４、１１０Ｅ−５ないし１１０Ｅ−８、１１０Ｆ−５ないし１１０Ｆ−８、１１０Ｇ−５ないし１１０Ｇ−８、および１１０Ｈ−５ないし１１０Ｈ−８は、第２のリングの外側に置かれた光送信機のうちの２つ以上を有する第２の外側光送信機グループ（例えば、光送信機１１０Ｇ−５ないし１１０Ｇ−８）をさらに含んでよく、複数の受信機１２０Ａ−１ないし１２０Ａ−４、１２０Ｂ−１ないし１２０Ｂ−４、１２０Ｃ−１ないし１２０Ｃ−４、１２０Ｄ−１ないし１２０Ｄ−４、１２０Ｅ−５ないし１２０Ｅ−８、１２０Ｆ−５ないし１２０Ｆ−８、１２０Ｇ−５ないし１２０Ｇ−８、および１２０Ｈ−５ないし１２０Ｈ−８は、第２のリングの外側に置かれた光受信機のうちの２つ以上を有する第２の外側光受信機グループ（例えば、光受信機１２０Ｇ−５ないし１２０Ｇ−８）をさらに含んでよい。
【００５０】
前述されるとおり、複数のノード間導波路１３０−１ないし１３０−８が、複数のリング（例えば、ノード間導波路１３０−１ないし１３０−４を有する第１のリングとノード間導波路１３０−５ないし１３０−８を有する第２のリング）に分割されてよい一方で、光送信機および光受信機（ならびに、同様に、光送信機チップおよび光受信機チップ）は、各リングに関連付けられた内側グループと外側グループに分割され得る。同じ様態で、複数のマルチプレクサ１４０Ａないし１４０Ｈは、各マルチプレクサが、第１のリングのノード間導波路（例えば、ノード間導波路１３０−１ないし１３０−４）上に入力光信号を多重化するように構成された第１のマルチプレクサ・グループ（例えば、マルチプレクサ１４０Ａないし１４０Ｄ）と、各マルチプレクサが、第２のリングのノード間導波路（例えば、ノード間導波路１３０−５ないし１３０−８）上に入力光信号を多重化するように構成された第２のマルチプレクサ・グループ（例えば、マルチプレクサ１４０Ｅないし１４０Ｈ）とを含んでよい。同様に、複数のミラー１６０Ａないし１６０Ｈは、反射された光信号をもたらすべく各ミラーが第１のリングのノード間導波路（例えば、ノード間導波路１３０−１ないし１３０−４）上で伝播する光信号を部分的に反射するように構成された、第１のミラー・グループ（例えば、ミラー１６０Ａないし１６０Ｄ）と、反射された光信号をもたらすべく各ミラーが第２のリングのノード間導波路（例えば、ノード間導波路１３０−５ないし１３０−８）上で伝播する光信号を部分的に反射するように構成された、第２のミラー・グループ（例えば、ミラー１６０Ｅないし１６０Ｈ）とを含んでよい。フィルタ１８０Ｂ、１８０Ｄ、１８０Ｅ、１８０Ｆ、および１８０Ｈ、ならびにノード内信号線１９０Ｂ−１ないし１９０Ｂ−４、１９０Ｄ−１ないし１９０Ｄ−４、１９０Ｅ−５ないし１９０Ｅ−８、１９０Ｆ−５ないし１９０Ｆ−８、および１９０Ｈ−５ないし１９０Ｈ−８も同様に、各リングに関連付けられたグループに分割されてよい。
【００５１】
受信する導波路１７０Ａ−１ないし１７０Ａ−４、１７０Ｃ−１ないし１７０Ｃ−４、および１７０Ｇ−５ないし１７０Ｇ−８の代わりに、図７の導波路アーキテクチャは、第１のリングに関連付けられた第１の出力導波路７１０Ａ−１ないし７１０Ａ−４および７１０Ｃ−１ないし７１０Ｃ−４と、第２のリングに関連付けられた第２の出力導波路７１０Ｇ−５ないし７１０Ｇ−８に分割された、出力導波路７１０Ａ−１ないし７１０Ａ−４、７１０Ｃ−１ないし７１０Ｃ−４、および７１０Ｇ−５ないし７１０Ｇ−８を代わりに含む。（限られたスペースのため、出力導波路７１０Ｃ−１ないし７１０Ｃ−４だけに、図７において参照符号が与えられる。）第１の出力導波路７１０Ａ−１ないし７１０Ａ−４および７１０Ｃ−１ないし７１０Ｃ−４は、交差する導波路のうちの一方の導波路のコアが他方の導波路のコアもしくはクラッドを通過して、第１の出力導波路のうちの少なくとも１つ（例えば、第１の出力導波路７１０Ｃ−３）が、第１のリングのノード間導波路のうちの少なくとも１つ（例えば、ノード間導波路１３０−４）と交差するように基板上に形成されてよい。各第１の出力導波路（例えば、７１０Ｃ−３）は、第１のリングの外側に接続されてよく、かつ第１のミラー・グループのミラー（例えば、ミラー１６０Ｃ）によってもたらされる反射された光信号を受信するように、かつ反射された光信号を第１のリングの外側に送信するように構成されてよい。同様に、第２の出力導波路７１０Ｇ−５ないし７１０Ｇ−８は、交差する導波路のうちの一方の導波路のコアが他方の導波路のコアもしくはクラッドを通過して、第２の出力導波路のうちの少なくとも１つ（例えば、第２の出力導波路７１０Ｇ−７）が、第２のリングのノード間導波路のうちの少なくとも１つ（例えば、ノード間導波路１３０−８）と交差するように基板上に形成されてよい。各第２の出力導波路（例えば、７１０Ｇ−７）は、第２のリングの外側に接続されてよく、かつ第２のミラー・グループのミラー（例えば、ミラー１６０Ｇ）によってもたらされる反射された光信号を受信するように、かつ反射された光信号を第２のリングの外側に送信するように構成されてよい。
【００５２】
フィルタ１８０Ａ、１８０Ｃ、および１８０Ｇの代わりに、図７の導波路アーキテクチャは、第１のリングに関連付けられた第１の出力フィルタ７２０Ａおよび７２０Ｃと、第２のリングに関連付けられた第２の出力フィルタ７２０Ｇに分割された、出力フィルタ７２０Ａ、７２０Ｃ、および７２０Ｇを代わりに含む。第１の出力フィルタ７２０Ａは、基板上に形成され、かつ複数のミラーのうちのミラー１６０Ａによってもたらされる反射された光信号に、反射された光信号が、反射された光信号を受信する第１の出力導波路（例えば、第１の出力導波路７１０Ａ−１、７１０Ａ−２、７１０Ａ−３、または７１０Ａ−４）によって第１のリングの外側に送信される前に、重みを適用するように構成される。同様に、第１の出力フィルタ７２０Ｃは、基板上に形成され、かつ複数のミラーのうちのミラー１６０Ｃによってもたらされる反射された光信号に、反射された光信号が、反射された光信号を受信する第１の出力導波路（例えば、第１の出力導波路７１０Ｃ−１、７１０Ｃ−２、７１０Ｃ−３、または７１０Ｃ−４）によって第１のリングの外側に送信される前に、重みを適用するように構成される。対応するように、第２の出力フィルタ７２０Ｇは、基板上に形成され、かつ複数のミラーのうちのミラー１６０Ｇによってもたらされる反射された光信号に、反射された光信号が、反射された光信号を受信する第１の出力導波路（例えば、第１の出力導波路７１０Ｇ−５、７１０Ｇ−６、７１０Ｇ−７、または７１０Ｇ−８）によって第２のリングの外側に送信される前に、重みを適用するように構成される。
【００５３】
第１の外側光受信機グループの光受信機（例えば、光受信機１２０Ａ−１ないし１２０Ａ−４、および１２０Ｃ−１ないし１２０Ｃ−４）のそれぞれは、複数の第１の出力導波路（例えば、７１０Ａ−１ないし７１０Ａ−４および７１０Ｃ−１ないし７１０Ｃ−４）のうちの第１の出力導波路に光学的に接続されてよく、かつ第１の出力導波路によって送信される反射された光信号を受信するように構成されてよい。同様に、第２の外側光受信機グループの光受信機（例えば、光受信機１２０Ｇ−５ないし１２０Ｇ−８）のそれぞれは、複数の第２の出力導波路（例えば、第２の出力導波路７１０Ｇ−５ないし７１０Ｇ−８）のうちの第２の出力導波路に光学的に接続されてよく、かつ第２の出力導波路によって送信される反射された光信号を受信するように構成されてよい。すなわち、各第２の出力導波路（例えば、第２の出力導波路７１０Ｇ−５、７１０Ｇ−６、７１０Ｇ−７、または７１０Ｇ−８）は、第２の外側光受信機グループ（例えば、光受信機１２０Ｇ−５、１２０Ｇ−６、１２０Ｇ−７、または１２０Ｇ−８）のうちの光受信機に光学的に接続されてよく、かつ第２のミラー・グループのうちのミラー（例えば、ミラー１６０Ｇ）によってもたらされる反射された光信号を受信するように、かつ反射された光信号を光受信機に送信するように構成されてよい。一部の実施形態において、第１の外側光受信機グループ（例えば、光受信機１２０Ａ−１ないし１２０Ａ−４および１２０Ｃ−１ないし１２０Ｃ−４）、あるいは第２の外側光受信機グループ（例えば、光受信機１２０Ｇ−５ないし１２０Ｇ−８）のうちの１つまたは複数の光受信機は、このようにして、光ニューラル・コンポーネント１００を含むニューラル・ネットワークの出力の役割をしてよい。例えば、図７に示される導波路アーキテクチャが、完全なニューラル・ネットワークである光ニューラル・コンポーネント１００を表す事例において、光受信機チップ１２０Ｃは、ニューラル・ネットワークの出力の役割をしてよい。
【００５４】
送信する導波路１５０Ａ−１ないし１５０Ａ−４、１５０Ｃ−１ないし１５０Ｃ−４、および１５０Ｇ−５ないし１５０Ｇ−８の代わりに、図７の導波路アーキテクチャは、第１のリングに関連付けられた第１の入力導波路７３０Ａ−１ないし７３０Ａ−４および７３０Ｃ−１ないし７３０Ｃ−４と、第２のリングに関連付けられた第２の入力導波路７３０Ｇ−５ないし７３０Ｇ−８に分割された、入力導波路７３０Ａ−１ないし７３０Ａ−４、７３０Ｃ−１ないし７３０Ｃ−４、および７３０Ｇ−５ないし７３０Ｇ−８を代わりに含む。（限られたスペースのため、入力導波路７３０Ｃ−１ないし７３０Ｃ−４だけに、図７において参照符号が与えられる。）第１の入力導波路７３０Ａ−１ないし７３０Ａ−４および７３０Ｃ−１ないし７３０Ｃ−４は、交差する導波路のうちの一方の導波路のコアが他方の導波路のコアもしくはクラッドを通過して、第１の出力導波路のうちの少なくとも１つ（例えば、第１の出力導波路７３０Ｃ−３）が、第１のリングのノード間導波路のうちの少なくとも１つ（例えば、ノード間導波路１３０−４）と交差するように基板上に形成されてよい。各第１の入力導波路（例えば、７３０Ｃ−３）は、第１のリングの外側に接続されてよく、かつ第１のリングの外側から光信号を受信するように、かつ受信された光信号を、第１のマルチプレクサ・グループのマルチプレクサ（例えば、マルチプレクサ１４０Ｃ）を介して第１のリングのノード間導波路（例えば、１３０−３）に送信するように構成されてよい。同様に、第２の入力導波路７３０Ｇ−５ないし７３０Ｇ−８は、交差する導波路のうちの一方の導波路のコアが他方の導波路のコアもしくはクラッドを通過して、第２の入力導波路のうちの少なくとも１つ（例えば、第２の入力導波路７３０Ｇ−７）が、第２のリングのノード間導波路のうちの少なくとも１つ（例えば、ノード間導波路１３０−８）と交差するように基板上に形成されてよい。各第２の入力導波路（例えば、７３０Ｇ−７）は、第２のリングの外側に接続されてよく、かつ第２のリングの外側から光信号を受信するように、かつ受信された光信号を、第２のマルチプレクサ・グループのマルチプレクサ（例えば、マルチプレクサ１４０Ｇ）を介して第２のリングのノード間導波路（例えば、１３０−７）に送信するように構成されてよい。
【００５５】
第１の外側光送信機グループの光送信機（例えば、光送信機１１０Ａ−１ないし１１０Ａ−４および１１０Ｃ−１ないし１１０Ｃ−４）のそれぞれは、複数の第１の入力導波路（例えば、７３０Ａ−１ないし７３０Ａ−４および７３０Ｃ−１ないし７３０Ｃ−４）のうちの第１の入力導波路に光学的に接続されてよく、かつ第１の入力導波路によって送信されるべき光信号を発するように構成されてよい。同様に、第２の外側光送信機グループの光送信機（例えば、光送信機１１０Ｇ−５ないし１１０Ｇ−８）のそれぞれは、複数の第２の入力導波路（例えば、第２の入力導波路７３０Ｇ−５ないし７３０Ｇ−８）のうちの第２の入力導波路に光学的に接続されてよく、かつ第２の入力導波路によって送信されるべき光信号を発するように構成されてよい。すなわち、各第２の入力導波路（例えば、第２の入力導波路７３０Ｇ−５、７３０Ｇ−６、７３０Ｇ−７、または７３０Ｇ−８）は、第２の外側光送信機グループ（例えば、光送信機１１０Ｇ−５、１１０Ｇ−６、１１０Ｇ−７、または１１０Ｇ−８）のうちの光送信機に光学的に接続されてよく、かつ光送信機から発せられた光信号を受信するように、かつ受信された光信号を、第２のマルチプレクサ・グループのマルチプレクサ（例えば、マルチプレクサ１４０Ｇ）を介して第２のリングのノード間導波路（例えば、ノード間導波路１３０−５、１３０−６、１３０−７、または１３０−８）に送信するように構成されてよい。一部の実施形態において、第１の外側光送信機グループ（例えば、光送信機１１０Ａ−１ないし１１０Ａ−４および１１０Ｃ−１ないし１１０Ｃ−４）、あるいは第２の外側光送信機グループ（例えば、光送信機１１０Ｇ−５ないし１１０Ｇ−８）のうちの１つまたは複数の光送信機は、このようにして、光ニューラル・コンポーネント１００を含むニューラル・ネットワークの入力の役割をしてよい。例えば、図７に示される導波路アーキテクチャが、完全なニューラル・ネットワークである光ニューラル・コンポーネント１００を表す事例において、光送信機チップ１１０Ｃは、ニューラル・ネットワークの入力の役割をしてよい。
【００５６】
ノード内信号線１９０Ａ−１ないし１９０Ａ−４、１９０Ｃ−１ないし１９０Ｃ−４、および１９０Ｇ−５ないし１９０Ｇ−８の代わりに、図７の導波路アーキテクチャは、前述されるとおりニューラル・ネットワークの入力および出力の例を与えるべき、この例において完全に省かれている送信機チップ１１０Ｃおよび受信機チップ１２０Ｃに接続された、リング間ノード内信号線７４０ＡＧ−１ないし７４０ＡＧ−４および７４０ＧＡ−５ないし７４０ＧＡ−８を代わりに含む。（限られたスペースのため、リング間ノード内信号線７４０ＡＧ−１ないし７４０ＡＧ−４にだけ、図７において参照符号が与えられる。恣意的な規約により、接尾文字の順序ＡＧまたはＧＡは、受信機チップから送信機チップに向かう方向を指す一方で、接尾番号−１ないし−４、または−５ないし−８は、受信機チップのリングの対応するノード間導波路１３０−１ないし１３０−４、または１３０−５ないし１３０−８を指すことに留意されたい。）各リング間ノード内信号線（例えば、リング間ノード内信号線７４０ＡＧ−１）は、第１の外側光受信機グループのうちの光受信機（例えば、光受信機１２０Ａ）、および第２の外側光送信機グループのうちの光送信機（例えば、光送信機１１０Ｇ）に接続されてよく、かつ光受信機によって受信される光信号のパワーを表す電気信号を受信するように、かつ電気信号を光送信機に送信するように構成されてよく、その結果、ニューロンの入力および出力を形成すべく光受信機と光送信機を接続する。同様に、各リング間ノード内信号線（例えば、リング間ノード内信号線７４０ＧＡ−５）は、第１の外側光送信機グループのうちの光送信機（例えば、光送信機１１０Ａ）、および第２の外側光受信機グループのうちの光受信機（例えば、光受信機１２０Ｇ）に接続されてよく、かつ光受信機によって受信される光信号のパワーを表す電気信号を受信するように、かつ電気信号を光送信機に送信するように構成されてよく、その結果、ニューロンの入力および出力を形成すべく光受信機と光送信機を接続する。すなわち、リング間ノード内信号線を使用することによって、第１のリングの光受信機が、第２のリングの光送信機に接続されてよく、かつ第２のリングの光受信機が、第１のリングの光送信機に接続されてよく、その結果、リングを接続するニューロンとして機能してよいリング間ノードを形成する。このようにして、恣意的な数の送信機および受信機が、光ニューラル・コンポーネント１００、または光ニューラル・コンポーネント１００を備えるニューラル・ネットワークを拡大縮小すべく恣意的な数のリングをまたいで組み合わせられてよい。そのような拡大縮小は、リングを組み合わせて、スーパー・ループまたはスーパー・リングを形成すべく、それら自体、組み合わされて、さらにより大きい、より高次のリングまたは他の構造にされてよい、恣意的な数のより大きい、より高次のリングまたは他の構造にすることを含み得る。例えば、図７に示される２つのリングが、一次リングと見なされる場合、一連のそのような一次リングが、より大きい二次リングを形成すべく自らの上に曲がり込む並びにおいて接続され得る。そのような二次リングが、次に、同様の様態で他の二次リングに接続されてよいといった具体である。すべてのそのような接続は、例えば、図７に示されるとおり入力導波路および出力導波路によって実現され得る。
【００５７】
図８は、本発明の実施形態による光ニューラル・コンポーネント１００の導波路アーキテクチャの例示的な図を示す。図８において、第１の複数の一次リング８１０が、図の左側に８つの一次リング８１０を含む大きいリングによって表される、より大きい二次リングを形成すべく自らの上に曲がり込む並びにおいて接続される。第２の複数の一次リング８１０が、図の右側に８つの一次リング８１０を含む大きいリングによって表される、より大きい二次リングを形成すべく自らの上に曲がり込む同様の並びにおいて接続される。２つの二次リングを接続する１つの例示的な接続を含む、一次リング８１０の間の接続（二重線として示される）が示される。２つの接続を有する一次リング８１０のそれぞれは、図７の第１の（左端の）リングとして構造化されてよい一方で、３つの接続を有する一次リング８１０のそれぞれも同様に、図７の第１の（左端の）リングとして構造化されてよいが、送信機チップ１１０と受信機チップ１２０のさらなるペアが、内側グループ（図７におけるチップ１１０／１２０Ｂおよび１１０／１２０Ｄを包含する）から外側グループ（図７におけるチップ１１０／１２０Ａおよび１１０／１２０Ｃを包含する）に移動される。このため、図８における接続のそれぞれは、図７における送信機／受信機チップ１１０／１２０Ａおよび１１０／１２０Ｇと同様に、接続された第１の一次リング８１０の導波路および外側送信機／受信機チップ・ペアを包含してよい。図８における左端の突出した接続は、図８に示される二次リングのペア（図７における送信機／受信機チップ１１０／１２０Ｃおよび接続された導波路と同様の）のための入力／出力の役割をしてよい。図８の二次リングは、光ニューラル・コンポーネント１００、または光ニューラル・コンポーネント１００を備えるニューラル・ネットワークを拡大縮小すべく三次リングまたはより高次のリングになるように接続されてよい。
【００５８】
前段の説明において、出力導波路（例えば、７１０Ｃ−１）、入力導波路（例えば、７３０−１）、およびリング間ノード内信号線（例えば、７４０ＡＧ−１）は、それぞれ、受信する導波路（例えば、１７０Ｄ−１）、送信する導波路（例えば、１５０Ｄ−１）、およびノード内信号線（例えば、１９０Ｈ−５）とは異なる名称によって参照される。しかし、第１のリングおよび第２のリングとの関係は別にして、出力導波路、入力導波路、およびリング間ノード内信号線は、それぞれ、受信する導波路、送信する導波路、およびノード内信号線の例と見なされてよく、同一のそれぞれの構造を有してよい。したがって、本開示の全体にわたって、受信する導波路、送信する導波路、およびノード内信号線の任意の説明が、それぞれ、出力導波路、入力導波路、およびリング間ノード内信号線に同様に当てはまり得る。
【００５９】
図１、図３、図７、および図８において、かつ本説明の全体にわたって、光ニューラル・コンポーネント１００が参照される。「光ニューラル・コンポーネント」という術語、および図面における対応する参照符号「１００」は、本開示の全体にわたって説明される導波路アーキテクチャの任意のコンポーネントまたはコンポーネントの組合せ、例えば、図１、図３、図７、または図８の全体、図１、図３、図７、または図８の一部分、図１、図３、図７、または図８の変形または拡張、あるいはその両方、あるいはニューラル・ネットワーク全体を含め、本開示において説明され、図面に特に示されない導波路アーキテクチャの任意の実施形態の任意の部分、変形、または拡張、あるいはその組合せを参照し得る。光ニューラル・コンポーネント１００またはニューラル・ネットワークは、ニューラル・ネットワークのバランスを調整するために、光送信機の発せられた光信号のパワー、または光受信機の感度、あるいはその両方を調整する何らかの手段を含んでもよく、またはそのような手段に接続されてもよい。調整パラメータは、メモリに記憶され得る。そのような手段は、例えば、光ニューラル・コンポーネント１００またはニューラル・ネットワークに接続されたコンピュータを含んでよい。そのようなコンピュータは、光ニューラル・コンポーネント１００またはニューラル・ネットワークの実際的な機能、例えば、少なくとも部分的にニューラル・コンピューティングを使用する、もしくはニューラル・コンピューティングと協働するコンピュータ・プログラムを実行すること、フィルタ１８０（出力フィルタ７２０を含む）の重みを変えること、ミラー１６０の反射係数を変えること、光送信機から光信号、例えば、命令されたパワーを有する初期の光信号を発する要求を発光すること、光受信機によって受信される光信号のパワーを監視し、かつ読み取ること、および値をコンピュータ・プログラムに戻すこと、その他をさらに提供してよい。コンピュータは、例えば、同一のパワーを有する光信号が光送信機によって発せられるように命令され、かつ同一の重みがすべてのフィルタに設定される場合、同一のパワー・レベルがすべての光受信機において測定され得るかどうかを確認してよく、かつコンピュータは、それに相応して調整を行ってよい。
【００６０】
本開示から理解され得るとおり、光ニューラル・コンポーネント１００および関連する実施形態の特徴は、従来の技法に関連する欠点を回避することを可能にする。本明細書において示され、説明される導波路アーキテクチャを使用して、光ニューラル・コンポーネント１００は、基板、例えば、プリント回路基板の上で互いに交差するように形成された導波路を介して損失の低い光信号伝送によって光スパイク・コンピューティングをサポートすることができる。したがって、開示される導波路アーキテクチャは、従来の電子アプローチの速度制限を取り除きながら、設計柔軟性（例えば、レイアウト、材料、その他）を可能にすることができる。
【００６１】
本発明の実施形態が説明されてきたが、本発明の技術範囲は、前段で説明される実施形態に限定されない。前段で説明される実施形態に様々な変更および改良が加えられ得ることが、当業者には明白である。また、特許請求の範囲から、そのような変更および改良が加えられた実施形態が、本発明の技術範囲に含まれ得ることも明白である。
【図１】
2020507278.tif 000003
【図２】
2020507278.tif 000004
【図３】
2020507278.tif 000005
【図４】
2020507278.tif 000006
【図５】
2020507278.tif 000007
【図６】
2020507278.tif 000008
【図７】
2020507278.tif 000009
【図８】
2020507278.tif 000010
【国際調査報告】
2020507278.tif 000011
2020507278.tif 000012
2020507278.tif 000013