(57)【要約】  LCOS電気通信光ビームルーティングデバイスが開示される。デバイスは、光入力と、複数の光出力と、キノフォームを表示するための、前記入力と前記出力との間の光路中のLCOS空間光変調器(SLM)と、前記SLMに結合され、キノフォームをSLMに表示するためにキノフォームデータを供給するように構成されたデータプロセッサとを含む。キノフォームデータは、光入力から、選択された光出力までビームをルーティングするキノフォームを規定する。データプロセッサは、ビームをルーティングするためのキノフォームデータを計算するように構成され、また、初期位相パターンを決定し、再生フィールドを計算し、目標再生フィールドを示し、更新した再生フィールドを供給し、更新した位相パターンを決定し、再生フィールドを計算および更新し、空間周波数変換を繰り返し、キノフォームデータを出力することによりキノフォームデータを計算する。
2014511500.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
LCOS（液晶オンシリコン）電気通信光ビームルーティングデバイスであって、該デバイスは、
光入力と、
複数の光出力と、
キノフォームを表示するための、前記入力と前記出力との間の光路中のLCOS空間光変調器(SLM)と、
前記SLMに結合され、前記キノフォームを前記SLMに表示するためにキノフォームデータを供給するように構成されたデータプロセッサと、
を備え、
前記キノフォームデータは、前記光入力から、選択された前記光出力までビームをルーティングするキノフォームを規定し、
前記データプロセッサは、前記選択された光出力を規定するルーティングデータを入力し、前記ルーティングデータに応答して前記ビームをルーティングするために前記キノフォームデータを計算するように構成され、
前記データプロセッサは、
前記キノフォームのための初期位相パターンを決定し、
前記位相パターンの再生フィールドを計算し、
前記再生フィールドの振幅成分を変更して、ビームルーティングのための目標再生フィールドを表し、前記再生フィールドの位相成分を保持して、更新した再生フィールドを供給し、
前記更新した再生フィールドに空間周波数変換を行って、前記キノフォームのための更新した位相パターンを決定し、
表示のための前記キノフォームが決定されるまで、前記再生フィールドを前記計算することおよび前記更新すること、ならびに前記空間周波数変換を前記行うことを繰り返し、
前記LCOS SLMに表示するために前記キノフォームデータを出力する、
ことによって前記キノフォームデータを計算するように構成されていることを特徴とするLCOS電気通信光ビームルーティングデバイス。
【請求項２】
前記再生フィールドを前記計算することに先立って、前記液晶オンシリコン(LCOS) SLMの応答のモデルを規定するデータに応答して前記キノフォームの前記位相パターンを変更することをさらに含む、請求項1に記載のLCOS電気通信デバイス。
【請求項３】
前記再生フィールドの振幅成分を前記変更することが、前記計算された再生フィールドと前記目標再生フィールドとの間の差の閾値レベルが到達される前に、前記繰り返すことのいくつかの反復を減少させるように前記振幅成分を調整することを含む、請求項1または2に記載のLCOS電気通信デバイス。
【請求項４】
前記再生フィールドの振幅成分を前記変更することが、前記振幅成分を前記目標再生フィールドの振幅成分と置き替えることを含む、請求項1、2、または3に記載のLCOS電気通信デバイス。
【請求項５】
前記データプロセッサが、前記再生フィールドにおいて、前記複数の光出力によって規定される外周を越えて前記目標再生フィールドを拡大させることによって前記キノフォームを計算するようにさらに構成されている、請求項1から4のいずれか一項に記載のLCOS電気通信デバイス。
【請求項６】
前記再生フィールドの振幅成分を前記変更することが、前記LCOS SLMの個々の画素からの光回折パターンに由来する前記再生フィールドのエンベロープ振幅変動を補償することを含む、請求項1から5のいずれか一項に記載のLCOS電気通信デバイス。
【請求項７】
前記データプロセッサが、少なくとも1つの前記光出力における光信号レベルをモニタすることと、前記モニタすることに応答して、前記ルーティングされるビームと前記光出力との間の結合を最適化するように前記目標再生フィールドを調整することとによって前記キノフォームデータを計算するようにさらに構成されている、請求項1から6のいずれか一項に記載のLCOS電気通信デバイス。
【請求項８】
偏波ダイバーシティを使用し、前記デバイスが、第2のLCOS SLMと、各々がそれぞれの前記キノフォームを表示する異なるそれぞれの前記SLMに、異なる偏光の光を選択的に誘導する光学系と、前記それぞれのSLMからの前記異なる偏光の光を組み合わせて1つまたは複数の前記光出力を供給する光学系とをさらに含む、請求項1から7のいずれか一項に記載のLCOS電気通信デバイス。
【請求項９】
前記異なる偏光の光を選択的に誘導する光学系、および前記異なる偏光の光を組み合わせる前記光学系が、共通の偏光依存ビームスプリッタ/結合器を含む、請求項8に記載のLCOS電気通信デバイス。
【請求項１０】
前記SLMが、前記SLMから反射された前記光ビームの偏光を実質的に変えない、請求項8または9に記載のLCOS電気通信デバイス。
【請求項１１】
光電気通信光ビームルーティング方法であって、前記方法が、
LCOS SLMにキノフォームを表示する段階と、
入力光ビームを前記LCOS SLMに供給する段階と、
前記キノフォームで前記光ビームを回折させて、前記LCOS SLMから回折出力ビームを供給する段階と、
を含み、
前記方法は、
前記SLMに表示される前記キノフォームを、ピンポンアルゴリズムを使用して計算する段階
をさらに含むことを特徴とする光電気通信ルーティング方法。
【請求項１２】
前記ピンポンアルゴリズムが、前記キノフォームの位相分布を初期化することと、前記キノフォームの再生フィールドを計算することと、位相分布を保持し、前記再生フィールドの振幅分布を変更する段階と、前記変更した再生フィールドを、更新した前記キノフォームに変換する段階と、前記計算する段階および前記変更する段階を繰り返して、所望の目標の再生フィールドに収束させる段階とを含む、請求項11に記載の光電気通信ルーティング方法。
【請求項１３】
前記SLMを駆動するデータを駆動するために、前記キノフォームを変更して前記LCOS SLMの位相変形応答を補償する段階をさらに含む、請求項11または12に記載の光電気通信ルーティング方法。
【請求項１４】
前記キノフォームを変更して、前記キノフォームの再生フィールドにおいて前記出力ビームの所望の位置から離れて振幅雑音を再分配する段階をさらに含む、請求項11、12、または13に記載の光電気通信方法。
【請求項１５】
前記計算された再生フィールドと前記目標再生フィールドとの間の差の閾値が到達される前に、前記振幅を調整して、前記繰り返す段階のいくつかの反復を減少させる段階をさらに含む、請求項12に従属する場合の請求項12から14のいずれか一項に記載の光電気通信方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ホログラフィック技法を使用して電気通信デバイス中の光ビームをルーティングするための方法および装置に関する。詳細には、本発明の態様は、LCOS(Liquid crystal on silicon:液晶オンシリコン)デバイスにキノフォームを表示することに関する。
【背景技術】
【０００２】
電気通信におけるホログラフィック技法、特に、キノフォーム(位相のみのホログラム)を使用すると、特に、ディスプレイ用途と比較して高い信号対雑音(SNR)/低クロストーク要件のために特別な問題が生じる。例えば、ディスプレイ用途では、雑音/クロストークのレベルは1:300の程度でありうるが、電気通信デバイスでは、1:10000の程度となることがある。生じうる他の特別な問題は以下の通りである。
-  1.5ミクロンの長波長での動作では、厚い液晶層(可視光デバイスと比較して)を使用する必要があり、それにより、液晶の画素配列パターンを正確に描画することがより困難になる。
-  高い回折効率および非常に低いクロストークが必要とされる。
-  LCOSデバイスに描画された再構成可能動的画素化キノフォームは、フォトリソグラフィプロセスによって生成された固定キノフォームと比較して特別な問題を有する。それらは比較的大きい画素サイズを有し、画素配列のサイズが制限され、それらは液晶層に関連するアーティファクトを被る。
-  場合によっては、画素パターンの比較的速い計算が、例えば、ビームを適応的に調整する、または新しいスイッチ構成を構成するのに必要とされる。
【０００３】
背景の先行技術は、米国特許第5,617,227号、米国特許第5,416,616号、国際公開第03/021341号、米国特許第7,457,547号、ならびに「Iterative algorithm for the design of diffractive phase elements for laser beam shaping」、J. S. LiuおよびM. R. Taghizadeh、2002年、8月15日、27巻、16号、OPTICS LETTERS、1463頁、「Hologram Optimisation Using Liquid Crystal Modelling」、Georgiou A.G.等、Molecular Crystals and Liquid Crystals、2005年、434巻、511〜526頁、および「Fresnel ping-pong algorithm for two-plane computer-generated hologram display」、1994年2月10日、33巻、5号、APPLIED OPTICS、869頁に見いだすことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第5,617,227号
【特許文献２】米国特許第5,416,616号
【特許文献３】国際公開第03/021341号
【特許文献４】米国特許第7,457,547号
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】「Iterative algorithm for the design of diffractive phase elements for laser beam shaping」、J. S. LiuおよびM. R. Taghizadeh、2002年、8月15日、27巻、16号、OPTICS LETTERS、1463頁
【非特許文献２】「Hologram Optimisation Using Liquid Crystal Modelling」、Georgiou A.G.等、Molecular Crystals and Liquid Crystals、2005年、434巻、511〜526頁
【非特許文献３】「Fresnel ping-pong algorithm for two-plane computer-generated hologram display」、1994年2月10日、33巻、5号、APPLIED OPTICS、869頁
【非特許文献４】「Symmetrical iterative Fourier-transform algorithm using both phase and amplitude freedom for the design of diffractive beam shaping elements」、Lui等、2005 Conference on Lasers and Electro-Optics Europe、SPIE、610頁
【非特許文献５】Bernau, M.、「Improved hologram calculation for correlated video frames」、International Conference on Consumer Electronics (ICCE), Digest of Technical Papers、507〜508頁、2010年
【非特許文献６】N Collings、T Davey、J Christmas、D Chu、およびB Crossland、「The applications and technology of phase-only liquid crystal on silicon devices」(招待レビュー)、IEEE/OSA J Display Techn、7巻、1号、2011年発行、112〜119頁
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
したがって、本発明によれば、LCOS(液晶オンシリコン)電気通信光ビームルーティングデバイスが提供され、このデバイスは、光入力と、複数の光出力と、キノフォームを表示するための、前記入力と前記出力との間の光路中のLCOS空間光変調器(SLM)と、前記SLMに結合され、前記キノフォームを前記SLMに表示するためにキノフォームデータを供給するように構成されたデータプロセッサとを含み、前記キノフォームデータが、前記光入力から、選択された前記光出力までビームをルーティングするキノフォームを規定し、前記データプロセッサが、前記選択された光出力を規定するルーティングデータを入力し、前記ルーティングデータに応答して前記ビームをルーティングするための前記キノフォームデータを計算するように構成され、前記データプロセッサが、前記キノフォームのための初期位相パターンを決定する段階と、前記位相パターンの再生フィールドを計算する段階と、前記再生フィールドの振幅成分を変形して、前記ビームルーティングのための目標再生フィールドを表し、前記再生フィールドの位相成分を保持して、更新した再生フィールドを供給する段階と、前記更新した再生フィールドに空間周波数変換を行って、前記キノフォームのための更新した位相パターンを決定する段階と、前記表示のためのキノフォームが決定されるまで、前記再生フィールドを計算する前記段階および更新する前記段階と、前記空間周波数変換を行う前記段階とを繰り返す段階と、前記LCOS SLMに表示するために前記キノフォームデータを出力する段階とによって前記キノフォームデータを計算するように構成されている。
【０００７】
諸実施形態では、上述の処理手順を使用すると、多数の出力を備え、かつ/またはホログラムが多数の画素を有する場合のシステムでさえ実時間キノフォーム計算が可能になる。例えば、キノフォームは、特に、空間周波数変換がハードウェア高速フーリエ変換として実施される場合、数十ミリ秒で計算することができる。処理手順の実施形態は、さらに、電気通信にとって重要であるクロストークの低減および信号対雑音比の改善のための様々な追加の技法の適用を容易にする。
【０００８】
したがって、1つの好ましい実施形態では、データプロセッサは、位相パターンの再生フィールドを計算する前に、LCOS空間光変調器の応答のモデルを規定するデータに応答してキノフォームの位相パターンを変更するように構成されている。概して、これにより、キノフォーム計算処理手順の1つまたは複数の後続の反復において非理想の応答を補正することができるように物理的液晶材料の応答をモデル化した高速計算を行うことができるようになる。これにより、より正確な情報およびクロストーク低減が促進される。液晶の位相応答を補償するための処理手順は、Georgiou等(前掲論文)において説明されており、そのような処理手順をここで使用することができる。
【０００９】
キノフォーム計算処理手順の実施形態は、さらに、計算された再生フィールドを変更する目標再生フィールドの「過補償」を可能にし、過補償とは、反復キノフォーム決定プロセスが他の方法よりも速く収束するためのものである。これは、例えば、「Symmetrical iterative Fourier-transform algorithm using both phase and amplitude freedom for the design of diffractive beam shaping elements」、Lui等、2005 Conference on Lasers and Electro-Optics Europe、SPIE、610頁にさらに説明されている変形フーリエドメイン制約関数を使用するLiu等(前掲論文)に説明されている処理手順を使用して、目標再生フィールドの振幅成分を調整することによって達成することができる。処理手順の実施形態において、再生フィールドの計算された振幅成分は所望の(振幅)再生フィールドに置き替えられるが、他の手法では、計算された再生フィールドは所望の目標再生フィールドをより正確に表すように単に変更されることがある。
【００１０】
キノフォーム計算処理手順は、さらに、再生フィールドにおいて空間的に、選択された出力から離れたところに雑音を再分配するのを可能にする。例えば、これは、反復キノフォーム計算処理手順で使用される再生フィールドを拡大することによって達成することができ、その結果、それはルーティングデバイスによって使用される実際の再生フィールドよりも大きくなる。実際の再生フィールドは、再生フィールドにおいて複数の光出力によって規定される外周によって規定することができるが、より大きい目標再生フィールドがキノフォーム計算で使用される場合、再生フィールド雑音はこのより大きい面積にわたって広げられ、それにより、デバイスで実際に使用される再生フィールドの部分の雑音は減少する(諸実施形態では、光出力は、デバイスから離れて導く、光ファイバへの1組の光ファイバ入力によって規定されうることを当業者は理解するであろう)。より具体的には、「ドントケア(don’t care)区域は、光出力以外のすべての出力フィールドを含むことができる。これは、ディスプレイ目的のためのホログラフィック投射の場合と比較してかなりの利点である。実際の実装形態では、計算で使用される再生フィールドのサイズと、計算に要する時間との(さらに、概して、平均誤差が閾値未満となるときである反復の終了点との)間には兼ね合いが存在する。
【００１１】
デバイスの実施形態では、光出力の1つまたは複数をモニタして、光信号レベルを決定することができ、次に、これに応答して目標再生フィールドを調整し、ルーティングされるビームと光出力との間の結合を最適化することができる。例えば、再生フィールドと光出力(光ファイバ入力)との間の重なり積分を最大にすることができる。これは、例えば、較正手順として、および/または例えばインターバルを置いて温度または時間の変化に応じて、行うことができる。オプションとして、複数のそのような再生フィールド較正を、複数の温度範囲で使用することができ、その場合、デバイスは範囲/較正を選択するために温度センサを含むことができる。概して、出力ポートは極めて類似した応答を有するので、デバイスの「較正」を決定するのに、1つの出力ポートをモニタし、このようにして「較正する」ことしか必要でないことが理解されよう。
【００１２】
さらなる実施形態では、キノフォーム/再生フィールドの計算は、目標再生フィールドの振幅成分を変更して、再生フィールドのエンベロープ振幅変動を補償することを含むことができる。これは、典型的には、LCOS SLMの個々の画素の光回折パターンに由来する2次元のシンク関数である。例えば、再生フィールドの中央部分に偏向されたビームの振幅は故意に減衰させることができ、その結果、中心または光軸から離れて再生フィールドの部分に誘導される場合のビームの振幅は、同様のまたは実質的に同じ振幅を有する。
【００１３】
デバイスの諸実施形態は、例えば、所望の目標再生フィールドを変更して出力ビームの所望の振幅を変更することによってチャネルの減衰および/または等化を組み込むことができる。電気通信デバイスのビームの減衰を制御できることは重要な利点である。
【００１４】
諸実施形態では、単なる単一の入力ではなく複数の入力が設けられることがあり、一般の場合、n個の入力ビームはn個の出力ビームにマッピングされうる。
【００１５】
デバイスへの入力および出力の一方または両方は、双方向とすることができる。入力および出力は交換することができ、その結果、本発明は、さらに、実施形態においてn対1マルチプレクサを形成することを当業者は理解するであろう。マルチプレクサおよびデマルチプレクサは、原理的に、単一のデバイス中で組み合わせることができる。したがって、デバイスの実施形態は、マルチキャスト用途に好適である。
【００１６】
LCOS空間光変調器は、概して、複数のキノフォームを単一のデバイスまたはダイに表示するのに十分な画素を有する。潜在的に、何百ものキノフォームを単一のLCOSデバイスに表示することができる。したがって、諸実施形態では、このデバイスは、単一のLCOSデバイスに表示された別個のキノフォームを使用して1組のビームルーティング機能を実施し、例えば、コンパクトな物理的実装のために共有光構成要素を備えた1組のビームルーティング/スイッチングデバイスを備えるように構成することができる。
【００１７】
いくつかの好ましい実施形態では、デバイスは、キノフォームと再生面との間にフーリエ変換レンズを含み、これにより、色収差を修正することができる。諸実施形態では、LCOS SLMは反射SLMであり、光入力および光出力は実質的に同じ面内にあり、フーリエ変換レンズはSLMと入力/出力面との間にある。
【００１８】
デバイスのある実施形態では、キノフォームの計算は、特定の波長、例えば、約1.5ミクロンに対して最適化されるが、他の実施形態では、キノフォームの計算は、波長の帯域、例えば、最適のCバンド(1530〜1565nm)および/またはLバンド(1565〜1625nm)にわたって最適化することができる。後者の手法は、さらに、少なくとも光波長の帯域、例えば、10、20、30、50、または100nmの帯域にわたって、実質的に波長アグノスティク(wavelength agnostic)であるようにデバイスを製作することができるので有利である。
【００１９】
以下で説明するデバイスおよび方法の実施形態では、目標再生フィールドは、ある位置から別の位置への出力ビームのソフトスイッチを行うように選ぶことができる。これは、選択した光出力を変更する場合、現在選択されている出力を減衰させ、かつ/または新しく選択される出力をゼロと所望の(全出力)レベルとの間の中間振幅にする1つまたは複数の過渡段階または再生フィールドを介して、現在の再生フィールドまたは光出力から所望または目標の再生フィールドまたは光出力に移行する所望または目標の再生フィールドを規定することによって達成することができる。諸実施形態では、一連の目標再生フィールドを使用して、例えば、ある出力をフェードダウンし、別の出力をフェードアップすることによってある光出力から別の光出力への円滑な移行を行うことができる。そのような手法の場合、現在の再生フィールドのキノフォームの位相分布を継承して、一連の目標再生フィールド中の次の再生フィールドのためのキノフォームの初期の位相調整された分布として使用することは特に役立つ。キノフォーム計算処理手順の実施形態は、フレームn+1の計算のために初期化としてフレームnのホログラムを使用できるようにし、それは、Bernau, M.、「Improved hologram calculation for correlated video frames」、International Conference on Consumer Electronics (ICCE), Digest of Technical Papers、507〜508頁、2010年にさらに説明されている。さらに、あるフレームから別のフレームへのホログラム計算で使用されるパラメータを継承するのに、例えば、1つまたは複数のフィードバックおよび/または利得パラメータを首尾よく使用することができる。再生フィールドはかなり類似しているので、これは処理手順を著しく速める。さらに、この手法の実施形態は、液晶材料の動的応答に関する問題、すなわち、ある再生フィールドから別の再生フィールドに切り替えるとき、例えば、出力再生フィールドが雑音を事実上フラッシングするのは望ましくないという問題に対処する際に重要な利点を与える。ゆるやかな移行を行うことによって、そのような「雑音フラッシュ(noise flashes)」を実質的に防止することができる。
【００２０】
関連する態様では、本発明は、光電気通信光ビームルーティングの方法を提供し、この方法は、LCOS SLMにキノフォームを表示する段階と、入力光ビームを前記LCOS SLMに供給する段階と、前記キノフォームで前記光ビームを回折させて、前記LCOS SLMから回折出力ビームを供給する段階とを含み、この方法は、前記SLMに表示される前記キノフォームをピンポンアルゴリズムを使用して計算する段階をさらに含む。
【００２１】
好ましい実施形態では、ピンポンアルゴリズムは、例えば、ランダムに、または初期目標再生フィールドに基づいてキノフォームの位相分布を初期化することと、キノフォームの再生フィールドを計算することと、再生フィールドの振幅分布を変更するが、位相分布を保持することと、この変更した再生フィールドを更新したキノフォームに変換することと、次に、計算することおよび変更することを繰り返して、所望の目標再生フィールドに収束させることとを含む。好ましくは、計算することの前に、キノフォームの再生フィールドは、特に、SLMの画素の位相応答を制限する液晶材料の限定的な変形を考慮に入れるために、より具体的には、SLMを横切る短距離(画素中の)にわたる位相の大きい変化を抑止するために、LCOS SLM応答のモデルを使用して変更される。
【００２２】
好ましい実施形態では、キノフォームをさらに変更して、例えば、フィールドのサイズを増加させることによって、キノフォームの再生フィールドにおける出力ビームの所望の位置から離れて振幅雑音を再分配する。諸実施形態では、この処理手順は、アルゴリズムのより高速な収束のために目標振幅再生フィールドにおけるある程度の過剰補償をさらに含むことができる。
【００２３】
次に、本発明のこれらおよび他の態様が、単なる例として、添付の図を参照しながらさらに説明される。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１ａ】本発明の一実施形態によるLCOS光ビームルーティングデバイスの一実施形態を示す図である。
【図１ｂ】デバイスで使用することができるキノフォーム計算処理手順を示す図である。
【図１ｃ】偏波ダイバーシティを組み込んでいるLCOS光ビームルーティングデバイスの一実施形態を示す図である。
【図２ａ】光学ネットワーク中のホログラフィックスイッチの位置を示す図である。
【図２ｂ】ホログラフィック相互接続の光学構成を示す図である。
【図３】入力ファイバおよび出力ファイバの提案する構成(ここで、Smax=192)の図である。テレセントリックfθレンズが焦点面に垂直な角度でビームを集束することになり、その位置は入力フィールド角度に比例することになり、焦点面が平坦であることを示す図である。
【図４】ビーム直径の関数としてのアポディゼーション損失を示すグラフである。
【図５】ホログラフィック光学相互接続用に設計されたLCOSデバイスの寸法を示す図である。
【図６】ホログラム回折効率対出力ユーザの数を示すグラフである。このように、効率が向上すると、ホログラフィック相互接続は、多くのユーザを有するネットワークに最適となる。
【図７】配列された光ファイバを示す図である。
【図８】正方形画素形状によって出力面に形成されるシンクエンベロープ(sine envelope)を示すグラフである。ファイバを中心近くに保持すると減衰が低減される。
【図９】シンクエンベロープによる許容損失を有用面積の割合の関数として示グラフである。2つの星印は、LOISデバイスのための提案した動作点に対応する。
【図１０】2次元シンクエンベロープ減衰を等高線図として示す図である。
【図１１】位相量子化ホログラムの回折効率を示すグラフである。上から、単一スポット生成ホログラム、100スポット生成ホログラム、および10スポット生成ホログラムの効率である。
【図１２】LOISの特性を有するデバイスでのフリンジングフィールドがある場合およびない場合のブレーズドグレーティングの回折効率を示す図である。
【図１３】LOISの特性を有するデバイスでのフリンジングフィールドがある場合およびない場合のブレーズドグレーティングの回折効率を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
大まかに言えば、cバンドの回折光構成要素としてLCOSデバイスを使用することに伴う特定の問題を最小化して電気通信基準を達成するために画素パターンを計算するのに使用される方法、より具体的には、LCOSデバイスの画素化キノフォームによって電気通信cバンドの信号ビームを制御することが説明される。
【００２６】
諸実施形態では、この技法は、好適に設計された液晶オーバーシリコン(LCOS)デバイスに動的に表示されるプログラマブル位相変調画素のパターンを含むコンピュータ生成ホログラムを用いた電気通信1.5ミクロン波長窓における光信号ビームの形成、分割、および調節に関係する。特に、わずかな振幅変調を伴う反射光ビームに位相のみの変調を行う平行配向ネマチックLCOSデバイスの使用に主として関心が向けられる。そのようなデバイスの最新のバージョンは、N Collings、T Davey、J Christmas、D Chu、およびB Crossland、「The applications and technology of phase-only liquid crystal on silicon devices」(招待レビュー)、IEEE/OSA J Display Techn、7巻、1号、2011年発行、112〜119頁に説明されている。これらのデバイスは、反射時に入射光の偏光を直交偏光に(偏光交差)変換しない。
【００２７】
特に、この技法は、高いビーム品質を保証し、出力ファイバで搬送される信号のクロストークを最小化し、それによって、電気通信システムの要求を満たす方法で、これらのビームを単一モード出力ファイバに効率的に誘導することができるようにビームの品質を改善することに関係する。
【００２８】
これを達成するために、信号ビームを回折させるのに使用されるLCOSデバイスに表示される画素化キノフォームの画素パターンを計算して、特に、LCOS技術によって可能になり、近赤外で動作する再構成可能動的回折デバイスで生じる特定の問題を解決するために特定の技法を使用する。これらの用途は序文で以前に概説したような特定の問題を提起する。
【００２９】
実用的なLCOSデバイスに表示される周期的グレーティングのみからなる単純な画素パターンは、効率、低雑音、および低クロストークの要求を満たさない。近赤外で動作する電気通信デバイスを生成するために、非周期的であり、オプションとして、目的に合わせた費用関数を使用する反復コンピュータアルゴリズムの助けにより概して導き出される画素パターンが説明される。費用関数は、非選択の出力ファイバへの光の損失(クロストーク)が高いコストを伴い、結果として生じるホログラムが商用システムで必要とされる非常に低いレベルのクロストークを示すことになるように書くことができる。
【００３０】
説明される技法は、次のもの、すなわち、マルチキャスティング、例えば、1つのデバイスによって実行される多数の機能を可能にすることと、全2D相互接続面を開くことと、クロストーク最小化、収差補正、および回折構造に新しい機能を加えること(例えば、チャネル等化)とを容易にする。
【００３１】
大まかには、画素パターンを導き出すのに使用される反復法は周期性を仮定しない。したがって、それらは、周期的画素パターンを有限画素配列にフィッティングさせることによって引き起こされる制限を本質的に最小にする。これらの方法は、各画素がそれ自体の個別の位相遅延を有することを暗黙のうちに仮定しており、すなわち、位相プロファイルは量子化されていると仮定されており、これらの方法は画素構造に由来する量子化雑音を本質的に最小にする。これらの方法は、ホログラムの開口関数による画素パターンの畳込みに基づいて最適化を実行できるようにすることによって画素パターンの範囲が有限であることを認識することができる。開口関数は、出力ファイバへのビームの結合を最大化するように設計された出力振幅プロファイルを達成するためにキノフォーム生成ルーチンに組み込むことができる。
【００３２】
計算速度を増加させ、さらにクロストークおよび雑音を最小化するために、過補償およびドントケア領域を用いてアルゴリズムを変更することができる。反復アルゴリズムは、画素化キノフォームの画素パターンを適応的に調整して、出力ビームを正確に位置決めし、出力ファイバとの重なり積分を最大化するように設計することができる。
【００３３】
これらの方法の実施形態では、さらに、液晶位相変調器は非常に高い空間周波数を再生することができないことが認識されている。対称次数への偏向によって消散される光を最小化するために、画素パターンはこの仮定の下で最適化することができる。さらに、画素パターンはそれに全体位相関数を加えることによって変更して、ホログラムパターンの量子化またはゼロ次の残留光のいずれかに由来する雑音と比べて、信号光を異なる面の焦点に持っていくことができる。これにより、信号ビームの信号対雑音が向上し、後者の場合には、ゼロ次光の空間フィルタリングが可能になる。画素パターンは、さらに、それに全体位相関数を加えることによって変更して、光モジュールの収差または不正確さを補正することができる。
【００３４】
さらに、この方法は、回折パターンの波長選択性のある程度の変更を達成することができ、それにより、cバンドの全体にわたって波長の最小「ロールオフ(roll-off)」を示す画素化キノフォームを設計することができるようになり、このバンド内の波長アグノスティクスイッチング(wavelength agnostic switching)が可能になる。
【００３５】
諸実施形態では、本発明は、2π以上の位相偏差を有するプログラマブル画素化キノフォームの許容可能な性能および機能を実現する(2π範囲の位相変調を可能にする)方法に関する。画素パターンを電気通信モジュール内の液晶オーバーシリコン(LCOS)マイクロディスプレイに表示して光信号処理を実行する。画素パターンは反復アルゴリズムを使用して計算され、周期的グレーティングで構成されるのではなく、非周期的ビルディングブロックで構成される。画素パターンは、波長が通信帯域にある近赤外光を、選択した出力場所に回折する。
【００３６】
この方法の実施形態では、リアルタイムでキノフォーム画素パターンを計算するためのアルゴリズムが使用され、そのアルゴリズムは、キノフォーム画素ブロック全体に適用される高速フーリエ変換アルゴリズムに基づく。それらは過補償および「ドントケア領域」を具現して、効率を向上させ、雑音を最小化する。キノフォーム画素パターンは、電界が印加されたとき液晶のネマチックディレクタによって損なわれることがある限定的な変形を考慮に入れるように計算される。キノフォームパターンを変更して、ビーム分割およびビーム減衰を可能にすることができる。キノフォーム画素パターンを同様に変更して、使用中の電気通信帯域にわたる波長選択性を最小化することができる。諸実施形態では、主キノフォームの位相プロファイルに光学的付加の光成分モジュロ2πが加えられる。スポットおよびスポット配列に/スポットおよびスポット配列からビームを偏向させることができる。
【００３７】
諸実施形態では、キノフォームはプロセッサ内で生成され、LCOSで表示するためにプログラムされ、キノフォームは位相ホログラムの表示を含む。この技法は位相のみの変調に依拠するので、振幅変調による光損失は存在しない。好ましくはハードワイヤード高速フーリエ変換プロセッサを使用して、リアルタイムでキノフォームを計算することができるアルゴリズムの種類が使用される。処理手順は、ピンポンアルゴリズムと呼ばれる双方向反復最適化アルゴリズムの種類(例えば、IFTA、Gerchberg Saxton)に基づく。位相(キノフォーム)面における不規則または確定的位相分布は、既知の制約条件が存在する第2の面にマッピングすることによって最適化される。次に、その分布は位相面に再マッピングされ、振幅は一単位に抑制され、そのプロセスは、位相面における満足な位相分布が達成されるまで繰り返される。
【００３８】
諸実施形態では、LCOSデバイス上の1次元および2次元位相プロファイルを近似して有限の液晶変形を補償する方法を使用するのにこの処理手順が適合され、システム性能(例えば、環境条件の変化に伴うシステムのクロストークおよび/または安定性)が最適化されるようにLCOS電極の最適電圧プロファイルを計算するのにこの方法を使用する。例えば、液晶プロファイルを推測するために、「ばねモデル」、実際には低域通過フィルタ(カーネルによる畳込みに相当する)を使用することができる。フィルタのパラメータ(または畳込みカーネル)は、1対の隣接画素のみ(1次元では)または4つの隣接画素(2次元では)を使用して計算することができる。(様々な電圧下のこれらの2つ(または4つ)の画素の振る舞いは、複素連続方程式を解く計算的に要求の多い技法、例えば、有限要素法、テンソル法を使用してシミュレートすることができる)。諸実施形態では、キノフォームを計算するための反復ループにそのような低域通過(空間)フィルタまたは畳込みが含められ、その結果、得られたキノフォームは、高度のLC不完全性と、特にLCが大きく曲げることができないこととへの耐性がある。
【００３９】
［例示の実装形態］
図1aを参照すると、これは、本発明の一実施形態によるLCOS光ビームルーティングデバイス100の一実施形態を示す。光ファイバ配列102は、共通面104(キノフォーム再生面)に入力および出力を備えた1つまたは複数の入力光ファイバ102aおよび複数の出力光ファイバ102bを含む。LCOS SLM106は、キノフォームの位相パターンを表示し、反射モードで動作する。フーリエ変換レンズ108が、再生面104とキノフォーム/SLM106との間に置かれる。SLMは、光出力を選択するルーティングデータを受け取るための入力110を有するデータプロセッサ108によって駆動される。実施形態のデータプロセッサは、以下で説明するように計算を行って、SLM106の出力キノフォームデータを決定する。諸実施形態では、入力ビームおよび/または出力ビームのうちの1つまたは複数をビームモニタ112、例えば、検出器配列でモニタすることができる。例えば、ある光ファイバを別の光ファイバから分離することを含めて使用することができる多くのモニタ技法があることを当業者は理解されよう。追加としてまたは代替として、別個の出力ポートをモニタ目的のために設けることができる。モニタ112からの出力は、初期較正で随意に使用するためにデータプロセッサ108に供給され、その結果、目標再生フィールド関数を調整して最適化することができ、より具体的には、偏向光ビームと光ファイバの入力との間の重なり積分などの結合を最大化することができる。
【００４０】
データプロセッサ108は、ソフトウェア、ハードウェア、または2つの組合せのいずれかでキノフォーム計算処理手順を実施する。速度/効率のために、ハードウェアで、計算のフーリエ変換処理手順を行うことが特に好ましい。
【００４１】
図1bを参照すると、これは、本発明の一実施形態による、データプロセッサ108で使用することができるキノフォーム計算処理手順の一実施形態を示す。
【００４２】
したがって、ステップ150において、キノフォームの位相調整されたデータが、例えば、1次元または2次元のグレーティングタイプの解のために初期化され、その理由は、概して、これが入力ビームを所望の出力位置に偏向させることに対応するべきであるからである。オプションとして、この初期化は、位相パターンにレンズを重ね合わせて、出力ビームを出力光ファイバの入力上に集束させることを含むことができ、これを実施するためにフーリエ変換を使用することができる。概して、この初期化は、出力ビームの一単位振幅を仮定することになるが、オプションとして、例えば、チャネル等化を実施するために異なる振幅を使用することができる。位相パターンをグレーティング様の解に初期化することが便利であるが、これは必須ではなく、他の手法では、例えば、ランダム初期化を使用することができる。
【００４３】
ステップ152において、位相パターンは、LCOS SLMの液晶応答を考慮に入れるために変更される。諸実施形態では、これは、Georgiou等(前掲論文)において詳細に説明されているように、デジタルフィルタ(低域通過フィルタ)または畳込みのステップによって行うことができる。
【００４４】
次に、ステップ154において、データプロセッサ108は、位相調整された成分と振幅成分とを含むキノフォームの再生フィールドを計算する。位相成分は保持され、諸実施形態では、振幅成分は図示の例120などの所望の再生フィールドによって置き替えられる。雑音低減のため、これは光ファイバ出力の外周122を越えて拡大させること130ができる。
【００４５】
再生フィールドの計算した振幅成分を所望の目標再生フィールドと置き替えるステップ156は、好ましくは、計算した振幅と所望の振幅との間の差が閾値未満かどうかのチェックをさらに含み、閾値未満である場合には、処理手順は完了し、キノフォームデータを出力する158。再生フィールドの計算した振幅成分と目標振幅成分との間の差が許容範囲内にあるかどうかに関して様々な異なる尺度のいずれかを使用することができることを当業者は理解されよう。
【００４６】
処理手順が完了していない場合、ステップ160において、再生フィールドの前の位相成分および新しい振幅成分が新しい目標再生フィールドになり、空間周波数変換162を、特に、フーリエ変換を行ってこれをキノフォーム面に転換する。次に、この処理手順はステップ152に折り返して戻り、再びこの新しい位相パターンを低域通過空間フィルタ処理によって変更し、再び液晶応答の効果を組み込む。次に、この処理手順はループを回って継続し、所望のキノフォームデータが出力されるまで関わり合う。
【００４７】
次に図1cを参照すると、これは偏波ダイバーシティを組み込んでいるLCOS光ビームルーティングデバイス180の一実施形態を示す。図1aの要素と同様の要素は同様の参照番号で示される。この実施形態では、偏光ビームスプリッタ182が、光の2つの偏光をSLM1 106aに入射するs偏光(点線)とSLM2 106bに入射するp偏光(実線)とに分割する。2つの偏光は別々に回折され、出力ファイバに再び寄せ集められる。2つのSLMの液晶の位置合わせは入射偏光に適合している。
【００４８】
［LCOSデバイスを使用して光相互接続をマルチキャストする場合のさらなる考慮事項］
次に、回折液晶オーバーシリコン(LCOS)デバイスをルーティング要素として使用する光相互接続の特性および予想される性能が説明される。そのような相互接続は、高品位テレビジョンを分配し、それにより、ユーザごとの電子送信機または光送信機を避けるために地域光ネットワークで使用することができる。LCOSデバイスの最適特性は、画素数およびシリコン面積に関して計算され、今日の技術で実現可能であることが見いだされている。最後に、光効率と出力ポートの数とに関する性能が評価され、数百の世帯を有する地域に好適であることが見いだされている。
【００４９】
将来の光ネットワークは光相互接続に一層依存することになる。それらは、リンク故障の後にネットワークを回復させ、帯域幅を動的に分配し、ユーザとの接続または切断を遠隔操作で行うために使用することができる。ファイバトゥザホーム(FTTH)がより広く設置される場合、光相互接続は、例えば、多数の出力およびマルチキャスティングが必要とされる映像信号分配において、高帯域ユーザをネットワークに追加または削除するための柔軟で低コストの方法を提供することになる。
【００５０】
いかなるホームユーザのダウンロード速度もアップロード速度よりも著しく大きいことになる。したがって、ネットワークの重い負担はサービスプロバイダからユーザまでとなることになる。テレビ視聴者は2、3百チャネルまで手軽に加入することがあり、チャネルの即時アクセスを望む。これらのチャネルが1080pであり、多分いくつかが3D機能を備えている場合、帯域幅要求はかなり大きい。加えて、何人かのユーザがビデオオンデマンドを要請する場合、サービスプロバイダから地域に配信される映像チャネルの総数は、1000に達することがある。個人的なコンテンツは暗号化されることになる(無線ネットワークと同様に)。高品位で1000チャネルの場合、全帯域幅要求はGbpsのオーダーとなる。このビットレートでは、光信号から電気信号への変換は高価であり、ユーザ側でなされる。光ドメインで信号をルーティングすると、交換機および高速電子ルータでの光-電気-光変換の必要性がなくなる。
【００５１】
図2aは、HDTV分配ネットワークでスイッチをどのように使用することができるかを示す。高出力光信号を生成し、次に、光相互接続を使用して分配することによって、ユーザごとの電子送信機または光送信機の使用が避けられ、それにより、ハードウェアコストおよび設置コストが減少する。将来は、単一の強力なレーザ(その偏光はそれの注意深く制御される)が、数十または数百のユーザへのパワーを供給し、光相互接続によって分配されうる。
【００５２】
液晶材料は、それらの棒形状の分子構造に起因して、レーザの各偏光に違うように影響を与えることになることに留意されたい。これは、レーザ源がLCOSデバイスに物理的に隣接しており、偏光が液晶分子と平行に設定されている場合には問題ではない。この場合、偏光効果は制御され、入射波の位相偏差は最大化される。若干の小さい偏光変調が異なる電圧の画素間で観察されることがあるが、それらの効果はフライバック効果のうちの著しく小さいものとなることになる(後で説明する)。
【００５３】
競合技術に対するホログラフィック相互接続の利点は、選択したポートにのみパワーをルーティングすることができることである。したがって、効率は、潜在的なユーザの数Smaxによってではなく接続しているユーザの数Sによって影響される。ホログラフィックスイッチでは、出力チャネル当たりのパワーはηPin/Sで与えられ(図2aを参照)、ここで、ηは相互接続のパワー効率であり、Pinはスイッチに入力されるパワーである。これは、地域におけるビデオ分配のように、潜在的なユーザの数Smaxは多いが、いつでもそれらのごく一部のみが接続される場合にホログラフィックスイッチを理想的なものにする。サービスプロバイダは、潜在的な顧客Smaxとしてすべての世帯を欲するが、いつでもそれらのうちの数Sのみが接続される。
【００５４】
他の技術はマルチキャストすることができるが、非接続のユーザからの光を阻止する動作に基づく。これは、ユーザ当たりのパワーを、ホログラフィックスイッチのηPin/Sと比較してηPin/Smaxまで低下させる。したがって、ホログラフィックスイッチは、多数の潜在的なユーザSmaxを有するための柔軟性を与えるが、この柔軟性のためにいかなるパワーも失わない。
【００５５】
ホログラフィック相互接続の別の利点は、ネットワークのための追加の機能を行うことができることである。ホログラムは、ビームの位相プロファイルを書き直し、それにより、焦点ぼけ、非点収差、または位置合わせ不良を補正し、それにより、出力ファイバへのパワー結合を改善することができる。他の機能には、チャネル等化、雑音抑制、およびモニタリングチャネルの提供が含まれる。
【００５６】
これは、ホログラフィックスイッチングの理論を伴ったシステムの光構成、システム効率の理論的評価を与えるホログラフィック相互接続の損失の発生源、ホログラフィックスイッチで可能な出力ポートの数の推定、およびシステムの全体的な提案を提示し、それにより、LCOSデバイスの特性を示唆する。
【００５７】
［ホログラフィック相互接続］
ホログラフィック光相互接続は回折を使用して、光を目標出力ファイバにルーティングする。図2bは、ホログラフィック相互接続で使用される光構成を示す。ガウス様プロファイルを有する、入力ファイバから出て来るビームは広がり、次に、正レンズでコリメートされる。次元L×Lを有するLCOSデバイスは入射ビームの位相を変調して、高周波成分を導入する。反射ビームは、実際にはビームプロファイルをフーリエ変換するレンズで集束される。これにより、ビームは集束され、デバイスの位相パターンに応じて異なる1つまたは複数の位置に移動する。
【００５８】
デバイス上の照明プロファイルは、ガウスプロファイルで近似することができる。その幅は、やはりガウス分布であるニアフィールドのフーリエ変換によって与えられる。2つのビーム幅は、
【００５９】
【数１】
2014511500.tif 000003
【００６０】
で関連づけられ、ここで、fはレンズの焦点距離であり、λは光波長であり、2wdはLCOSデバイス上のビーム幅であり、2wiは入力源のビーム幅である(図2を参照)。ガウスプロファイルでは、ビーム幅は、強度がピーク値の1/e2に落ちる円直径として定義される。
【００６１】
出力ビームのサイズはやはり式1で与えられる。光損失を最小にする場合である、ビームが極度にアポダイズされない場合、出力ビーム幅の2woは入力ビーム幅の2wiに等しい。入力ファイバが出力ファイバと同じ直径を有する場合、出力ビームは出力ファイバに正確に適合することになる。出力ファイバの直径を増加させると、スポットサイズおよび位置決めへの厳しい制約が緩和され、結合効率が改善することになる。これは、多モードファイバ(MMF)、テーパファイバ、またはマイクロレンズの使用によって行うことができる。光ファイバは、1.3μm、1.5μm、または850nmで動作し、かつ図7に示すような長方形格子に配列されることが予想される。入力ファイバは格子の中心に配置されることになる。LCOSデバイスは、入力ファイバに戻って入るいかなる不要な反射も除去するために入力ファイバに対してわずかな傾きを有することができる。単一モードファイバ(SMF)のクラッドは125μm直径を有するので、出力ファイバコア間の間隔も少なくとも125μmである。
【００６２】
［効率］
相互接続の光効率は、入力信号に対する出力信号のパワーとして定義される。各ユーザはある一定の最小パワーを受け取らなければならない。入力パワーPinを相互接続によって制御することができないとすれば、効率ηが接続されるユーザの最大数を決定する。したがって、高い効率では、より多くのユーザが接続されうることになる。
【００６３】
許容効率の値は広範囲に変化し、システムの用途および他の機能に依存する。-7dBより良好な効率性を備えたMEMSクロスコネクトが256個までの入力および出力を有することが報告されている。しかし、特定のシステムは、マルチキャストまたはブロードキャストすることができないのでネットワークにおいて異なる役割を有する。ホログラフィックスイッチは各出力チャネルのパワーを動的に制御することができるので、損失のあるリンクに接続された出力を増強してより適正なパワー分布を達成することができ、これにより、より多くのユーザが接続されうることになる。
【００６４】
効率は、適切なLCOSデバイスの選択に強く依存する。大部分の商用LCOSデバイスは、画素数を最大にし、デバイス面積を最小にするディスプレイ用途用に設計される。いくつかのLCOSデバイスは、Rosesのように赤外動作用に特別に設計されている。この製作品では、4つのカスタムデバイスが提案されており、それらの性能が評価されている。Optical Infrared Switching (LOIS)用LCOSと呼ばれる最初のデバイスは、大部分の商用デバイスと比較して活性面積(active area)に関してより大きく、より少ない画素を有する。LOISの小型化バージョン、すなわち、mLOIS、μLOIS、およびnLOISも考慮に入れられる。加えて、いくつかの商用デバイスが提示されており、以下の表1に提案されたものと一緒に示される。
【００６５】
【表１】
2014511500.tif 000004
【００６６】
相互接続のホログラフィックの本質に直接関係しない光損失はここでは考慮されない。これには、後方反射、ミラー反射率、および結合損失が含まれる。光学系およびファイバ配列が適切に設計されていない場合、スイッチの効率が著しく影響を受けることがあることに留意されたい。
【００６７】
ホログラムはビームをある範囲の角度だけ偏向させることができるが、フーリエレンズはすべての範囲で回折を制限されるべきである。加えて、出力ファイバへの送り込み角は挿入効率を最大にするために垂直であるべきである。これらの特性を有する非球面レンズにはテレセントリックFθレンズが含まれる。それらは、ビームが出力ファイバ配列に垂直な角度で入射する(テレセントリック動作)こと、および焦点の位置が画角に比例する(Fθ動作)ことを保証することができる。加えて、焦点面は湾曲ではなく平坦である。これが図3にグラフで示される。斜め入射の問題を除去する代替方法は、ビームを同じ量だけ反対方向に偏向させる第2のホログラムを使用することである。この構成、すなわち、ルータセレクタアーキテクチャを使用して、スイッチをクロスバスイッチに変換する。
【００６８】
別の課題は、図7に示された高密度にパッキングされた配列の構築である。そのような配列は実現可能であるが、それは工学技術の課題であろう。それにもかかわらず、導波路技術は絶えず改善している。5万個のファイバを備えた導波路が市販されており(例えば、Sumitomo Image Guide IGN-20/50)、10μm未満のコア間隔を有する光ファイバイメージガイドで使用される。ファイバ、特にファイバ配列は、わずかに置き誤ったコアを有することになり、これが考慮されない場合、効率はさらに低下することになる。この問題を最小にし、さらに除去するいくつかの方法がある。ホログラムは発見的技法を使用して、ファイバの正確な中心を識別し、次に、修正した位置に対して再構成することができる。これは、ファイバからのなんらかのフィードバックを含むべきである。この問題に対処する別の方法は、テーパファイバまたはマイクロレンズを使用してSMFの直径を増加させることである。この技法には、コアの実効直径が増加するが、ファイバは単一モードのままであるという利点がある。最後に、MMFを使用することができるが、同じネットワーク中にSMFとMMFとの両方を使用することは必ずしも望ましくないことがある。それにもかかわらず、短距離では、MMFはハードウェアに関して最も費用効率の高い解決策となることがある。
【００６９】
ここで考慮している損失は、(i)デバイスフィルファクタ(ii)ビームアポディゼーション(iii)ホログラム効率、および(iv)位相レンダリングに関連する。4つの以下のサブセクションでは、これらの損失が詳細に検討される。
【００７０】
［アポディゼーション］
アポディゼーション損失は、LCOSデバイスによるガウスプロファイルのトリミングを表す。アポディゼーションの量はレンズの焦点距離によって決定され、大きい焦点距離はプロファイルの大きいトリミングを伴うブロードガウス関数を生成することになる。最適な焦点距離を選ぶ際に交換条件がある。小さいfを有し、より多くのパワーをデバイスに集中させることによって損失を最小化することが望ましい。同時に、利用可能な画素をすべて使用することも望ましく、それは、これにより出力ポートの数が増加するからである。光効率の重要性を考えれば、損失の増加よりむしろシリコンの面積を多く使用することが適切であることがある。アポディゼーションは、さらに、焦点のサイズおよび形状を変化させ、それにより、出力ファイバへ結合するパワーを低下させる。限定的なビーム整形がLCOSデバイスの使用によって可能となる。デバイスの活性面積に至るエネルギー量Pdは、
【００７１】
【数２】
2014511500.tif 000005
【００７２】
で与えられ、ここで、wdは焦点距離fの関数である。異なる焦点距離のアポディゼーション損失が、上述の積分を使用してデバイスの正方形面積にわたってパワーを積分することによって計算された。図4はこの変動を示し、横軸はデバイスサイズと比較したビームサイズを示し、縦軸は光損失を示す。約0.4Lのビーム幅では、アポディゼーションは非常に小さく、-0.1dB未満であることが分かる。これより上では、アポディゼーション損失はかなり大きい。したがって、ビーム幅は約0.4Lであることが推奨される。
【００７３】
［フィルファクタ］
LCOSデバイスは、アルミニウムのような反射金属の層がシリコンバックプレーンの最上部に堆積されているシリコンデバイスである。画素はミラーおよび電極の両方として働き、したがって、画素は、画素間間隙またはデッドスペースと呼ばれる非導電性区域によって分離されるべきである。商用デバイスでは、この空間は0.25μmもの狭さであることがある。誘電体ミラー備えたデバイスは画素間間隙をゼロとすることができるが、関連するフリンジングフィールドがかなり大きいことに留意されたい。画素間間隙は、デバイスの平均反射率を、
【００７４】
【数３】
2014511500.tif 000006
【００７５】
に等しいファクタF、すなわち、フィルファクタだけ低下させ、ここで、図5に示すように、Δはデバイス面上のx方向およびy方向の画素ピッチであり、gは画素間間隙である。画素間間隙および画素ピッチの両方は両方向で同じである。
【００７６】
活性面積L×LおよびN×N画素を有する長方形デバイスでは、フィルファクタは、
【００７７】
【数４】
2014511500.tif 000007
【００７８】
としても表すことができる。この式において、画素間gはリソグラフィプロセスによって固定される。活性面積の寸法Lはデバイスのコストに深刻に影響を与え、したがって、やはり、制約が加えられる。システムを最適化するとき、画素の数Nのみを自由変数として扱うことができる。固定したシリコンの面積で画素の数を増加させると、出力ファイバの数が増加することになる(したがって、画素が小さいほど偏向角が多くなる)が、フィルファクタ損失も増加することになる。したがって、所与の数の出力では、最小の画素の数を使用すべきである。
【００７９】
mm2当たりのシリコンの大きいコストにもかかわらず、相互接続は、より大きいシリコンデバイスを受け入れる民生用電気機器よりも高い価値および長い耐用年数を有することになる。サイズを増加させると、フィルファクタおよびシステムの全体的な効率が改善される。LOISは1024画素のみを有するが、18.4×18.4mmの活性面積を有し、それにより、フィルファクタ損失はわずかに0.15dBであることが提案されている。
【００８０】
［ホログラム効率］
ホログラム効率は、ここでは、位相のみのホログラムが目標位置に供給することができる理論的な最大エネルギーを指す。ホログラムは、振幅ではなく入射ビームの位相のみを変調することができる。これにより、ゴースト次数(ghost orders)が導入され、それが回折効率を低下させる。出力ポートの構成に応じて、ホログラムの回折効率は、0dB(ブレーズドグレーティングでの)から約-1dBまで様々でありうる(図6を参照)。
【００８１】
任意のポート構成の正確なホログラム回折効率を計算する分析的な方法は存在しない。しかし、最悪シナリオは2つの出力ポートの場合であり、そのとき、回折損失は分析的に計算することができ、
【００８２】
【数５】
2014511500.tif 000008
【００８３】
に等しく、すなわち、-0.9dBである(これは、バイナリ位相ホログラムの効率と同じ方法で見いだされる、上述を参照)。マルチキャスト出力の数が増加すると、出力ファイバ当たりのパワーηPin/Sは低下するが、全体的な効率ηは改善される。最善のシナリオは、1つの出力のみが存在するときであり、その場合、回折効率は1である。
【００８４】
システムの理想的な回折効率を推定するために、いくつかのホログラムが出力面位相最適化(OPPO)法および直接バイナリサーチ(DBS)を使用して計算された。選択した出力ポートSの数は1から192まで変えた。Sごとに、出力ファイバの40の異なる組合せを行い、組合せごとに、光をそれらにルーティングするためにホログラムを設計した。出力ファイバは15×15の規則的な格子に配置されており、格子の中心のファイバは図7に示したように入力である。各角の8つのファイバは、より円形の構成を形成するために使用しなかった。したがって、出力ファイバの総数は192であった。図6の実線は、1から192までの任意の数のスポットでの平均回折効率を示す。点は、個々のホログラムの回折効率を示す。光損失は常に-1dBよりも良好であり、出力チャネルの数が増加するにつれて改善することが分かる。灰色の線は、ユーザ当たりのエネルギーを示す。ユーザ当たりのパワーは一定ではなく、ユーザの数が減少するにつれて増加し、それにより、使用可能なパワーがより良好に利用される。
【００８５】
必要に応じて、ホログラム設計によって相互接続のクロストークを許容レベルまで低下させることができることに留意されたい。これはいくつかの方法で行うことができる。最初に、システムの予測可能な不完全性をすべてホログラム設計アルゴリズムに含め、それらの影響を除去することができる。これらには、位相量子化、ピクシレーション、画素間間隙、およびさらに隣接画素間のフリンジングフィールドが含まれる。デバイス平面度、熱ドリフト、および位置合わせ不良のような予測不可能な誤差は、LCOSデバイスに適切なゼルニケ係数を加えることによって最小化することができる。多くの著者が、リアルタイムでこれらの誤差を計算し、それらを補償する方法を研究してきた。最後に、ホログラムの大きな強みは、大部分のデバイス不完全性がフーリエドメインに変換されることになり、それにより、それらは0次にまたは高周波成分雑音として到達する可能性があるという点にある。現在、1対1光スイッチは商用システムとして使用されており、クロストークに関する性能は許容できる。
【００８６】
［位相レンダリング損失］
現実のLCOSデバイスは位相プロファイルを完全にはレンダリングせず、それにより、追加の光損失が導入される。デバイスには位相誤差の3つの主要な発生源、すなわち、空間量子化またはピクセレーション、位相量子化、電界フリンジングが存在する。
【００８７】
［空間量子化］
LCOSデバイスの正方形画素は、出力面にファーフィールドを形成する開口として働く。画素はすべて同じ形状を有するが、空間的にシフトされている。ホログラム面での空間シフトは出力面での位相シフトになる。したがって、出力面において、各画素のファーフィールドは同じ振幅および位置を有するが、異なる位相を有することになる。すべての画素の効果を一緒に加えると、単一画素のファーフィールドと同じ形状を有するファーフィールド振幅エンベロープが形成されることになる。正方形画素のファーフィールドは2次元シンク関数であり、
ηsinc=Fsinc2(uK)sinc2(νK)      (5)
で与えられ、ここで、Kは、
【００８８】
【数６】
2014511500.tif 000009
【００８９】
で与えられ、uおよびνは出力面上の規格化横座標および規格化縦座標である。出力面の規格化座標は、位置の
【００９０】
【数７】
2014511500.tif 000010
【００９１】
または偏向角の
【００９２】
【数８】
2014511500.tif 000011
【００９３】
で1である。
【００９４】
図8は、フィルファクタが1であるときの一次元のシンクエンベロープ(実線)を示す。太い灰色の線は、上記の表1に示した商用デバイスによる減衰の範囲を示し、点線は4つのLOISデバイスのものを示す。横線は規格化偏向角を示す。ホログラフィック相互接続の最大規格化偏向角は、周期が2つの画素である場合に±0.5である。その空間周波数より上では、エイリアシングが生じる。
【００９５】
2次元では、シンクエンベロープはトップハット関数を形成することになる。ビームが中心の近くに偏向されるほど、減衰は少なくなる。出力面で利用可能な面積は制限されるので、多くのポートが配置されるほど、0次からより遠くに離れたポートは多くの減衰を維持なければならない。これが、図10に2次元等高線地図で示される。それは、フィルファクタが1であるときの理想的な場合に対応する。それが示すところによれば、シンクエンベロープのために最大-0.5dB損失が許容可能である場合、中央輪郭の面積のみを使用することができる。これは、全出力面面積の0.15の割合に対応する。全面積に対する出力ポートを配置することができる面積の比は、パラメータαで表されることになる。より高い損失が許容可能である場合、αはより大きくなる。-3dBの許容損失では、αは約0.6であり、これは、有用な出力面の面積および出力ポートの数を増加させる。現実のデバイスの損失はフィルファクタの減少に起因してより低くなることになる。シンクエンベロープに起因した所与の効率低下に対する利用可能な面積の量が図10に与えられる。
【００９６】
［位相量子化］
位相量子化は、シリコンバックプレーンが供給できる限定的なパレットの電圧によって引き起こされる。概して、デジタル/アナログ変換器(DAC)が、液晶セルを駆動するアナログ電圧を供給することになる。位相レベルが多いほど、DACの複雑さが増大することになり、DACの速度を低下させることがある。したがって、最小限の数の位相レベルでチップを設計することが重要である。
【００９７】
一般的なマルチキャスティングホログラムでは、位相量子化に起因する効率低下は分析的に計算することができない。しかし、位相量子化ブレーズドグレーティングの効率ηpqは計算することができ、
【００９８】
【数９】
2014511500.tif 000012
【００９９】
に等しく、ここで、pは利用可能な位相レベルの数であり、θは、目標スポットの位相を基準として画素によって導入された位相遅れに対応する。最初の大括弧は、p個の位相レベルのみがあった場合のビームの強度を与え、2番目の大括弧は、無限の位相レベルがある場合のビームの強度を与える。効率は2つの比である。
【０１００】
1つを超える出力を有するホログラムでの位相量子化の影響が、様々な量子化レベルを有するホログラムを計算し、次に、それらの性能を比較することによって評価された。これが、1個、10個、および100個の出力ポートを有するホログラムについて図11に示される。各効率点は、1024×1024画素による15個の異なるホログラムから計算された。位相量子化に起因する損失は、32個の位相レベルより上では無視できる。したがって、せいぜい32個の位相レベルまたは画素当たり5ビットを使用することが示唆される。
【０１０１】
［フリンジングフィールドおよび液晶変形］
LCOSデバイス中の位相変調は、電界によって所望の方位に回転されている液晶材料において行われる。図12は、LCOSデバイス上の液晶層の断面を示す。液晶セルの厚さが増加するとき、画素間の電界は、画素と上部電極との間の電界と比べて増加する。これは、ホログラムの大きい位相転移、特にブレーズドグレーティングの2π位相ジャンプに影響を与えている位相プロファイルに対して平滑化効果を生成する。この2π位相ジャンプは、通常、フライバックと呼ばれる。
【０１０２】
約100万個の画素を有する大きいホログラムの液晶の挙動を計算することは計算的には困難である。それは、デバイス全体に対する連続体理論方程式の解を必要とする。液晶の挙動を推定するためのいくつかの計算的に有効な近似がある。本明細書では、理想的なプロファイルをカーネルで畳み込むことによって位相プロファイルを推定する低域通過フィルタ手法が使用される。カーネルの形状および幅は、有限要素法(FEM)ソフトウェアを使用して2つの隣接画素に関する連続体理論方程式を解くことによって見いだされる。
【０１０３】
電気フリンジングフィールドの影響、したがってカーネルの幅は、セルの厚さとともに増加する。そのため、できる限り薄いセルを有し、けれども、2π位相変調を達成することが重要である。実際には、より大きい位相偏差を使用して、液晶の最大回転角を減少させ、速度を増加させる。
【０１０４】
【数１０】
2014511500.tif 000013
【０１０５】
の最大位相偏差のセルの厚さは、
【０１０６】
【数１１】
2014511500.tif 000014
【０１０７】
で与えられ、ここで、Δnは液晶の複屈折である。1/2の項は、デバイスが反射で動作し、したがって、波が入る進路および出る進路で変調されるので生じる。2.5π位相変調、1.55μm波長、およびE7液晶の使用では、セル厚さは4.8μmである。連続体理論を使用してFEMソフトウェアでこのデバイスをシミュレートすると、低域通過フィルタのカーネルが与えられる。
【０１０８】
この1次元カーネルを使用して、すべてのあり得る偏向角によるブレーズドグレーティングの効率を見いだし、それを図12に示す。フリンジングフィールドはグレーティングの回折効率に影響を与えるが、理想的なシンクエンベロープ効率(点線)との間の差は小さく、決して-0.5dBを超えない。両方の次元を考慮に入れる場合、最大損失は-1dBになることになる。2つの曲線の間の最大の不一致は、周期が概略で4画素である、すなわち、規格化偏向角が0.25である場合に生じる。
【０１０９】
最悪シナリオを示すために、2つのファクタにより図12が作成される。第1に、ブレーズドグレーティングでは、すべての画素の全面積が出力ポートに寄与し、したがって、効率は1である。いかなる不一致も、より低い効率性を備えたプロファイルを確実に生成することになる。いかなる他のホログラムでも、各画素は多くの出力ポートに寄与し、位相の不一致は出力へのより小さい影響を有することになる(これは、ブレーズドグレーティングおよびマルチキャスティングホログラムにランダムノイズを加えることによって検証され、後者に対する影響はより少なかった)。第2に、フリンジングフィールドの一部が画素境界で生じ、損失の一部は画素間間隙によって既に説明されている。画素間間隙のサイズが波長よりも小さく、液晶内伝搬距離がかなり大きくなるにつれて、画素間間隙の影響は簡単には説明することができない(それは、異方性液晶および金属電極内のマクスウェル方程式を解くことによって説明することができる)。
【０１１０】
図12から分かるように、フリンジングフィールドは出力面のシンクエンベロープの形状を変化させる。その結果、そのため、αの変動は損失の関数として生じる。かなり小さいこの変化は、以下の結果および考察のセクションでシンクエンベロープと一緒に説明する。図13は、LOISの特性を有するデバイスに関してフリンジングフィールドがある場合およびない場合のブレーズドグレーティングの回折効率を示す。
【０１１１】
［出力ポート］
ホログラフィック相互接続の選択される出力ファイバの数は、ファイバの直径と、出力面のアクセス可能区域とによって制限される。出力スポットの位置決めはホログラムによって高精度で行うことができるが、スポットの点拡がり関数(PSF)、すなわち、スポットのサイズは、出力ファイバのコア(dF0)と同じサイズか、またはコアより小さくあるべきである。直径DF0を有する出力ファイバのクラッドによって占有される区域は有用な空間を占めるが、出力ポートをそこに配置することはできない。長方形格子を仮定すると、各出力ポートは出力面にDF0×DF0の面積を占めることになる(図7を参照)。
【０１１２】
出力面全体の面積は、
【０１１３】
【数１２】
2014511500.tif 000015
【０１１４】
であるホログラムの最大偏向によって与えられ、(Nλf/L)2のファーフィールド面積が与えられる。しかし、出力面の有用な面積はそれより少なく、それは、ファーフィールドの一部がシンクエンベロープによって高度に減衰させられるからである。ファーフィールド面積の割合αのみが使用される場合、高い減衰の面積が使用されないので、効率は向上する。これにより、
【０１１５】
【数１３】
2014511500.tif 000016
【０１１６】
に等しい出力ファイバの総数Smaxが与えられる。波長および焦点距離の項は、出力スポットのサイズ2woが出力ファイバコアサイズdF0以下であるべきであることを考慮することによって除去することができ、その結果、
【０１１７】
【数１４】
2014511500.tif 000017
【０１１８】
であり、
【０１１９】
【数１５】
2014511500.tif 000018
【０１２０】
である出力ポートの最大数が与えられる。上述の式は5つの係数を含む。第1の係数αは、出力ポートの数Smaxがシステムの効率を低下させることによって増加させることができることを述べている。第2の係数
【０１２１】
【数１６】
2014511500.tif 000019
【０１２２】
はファイバのパッキングファクタよって決定され、外接する正方形の面積に対するファイバ断面積の比に等しい(六角形詰込みでは、この比は、
【０１２３】
【数１７】
2014511500.tif 000020
【０１２４】
となり、15%の増加である)。第3の項は、クラッドに対するコアの相対サイズによって決定される。単一モードファイバでは、これは、約
【０１２５】
【数１８】
2014511500.tif 000021
【０１２６】
である。第4の項は、アポディゼーションによって決定される。最適アポディゼーションが使用されると仮定すると、それは0.4に等しいことになる。最後に、最後の項N2はデバイスの画素の総数である。
【０１２７】
出力ポートの数は波長または焦点距離の関数ではないことを述べるのは興味深い。それは、さらに、画素の数を増加させることによる任意の量だけ増加させることができるが、αを、したがって損失を一定にしておくために、LCOS活性面積L×Lを適切に増加させることによっても達成されるはずである。
【０１２８】
［考察］
前のセクションにおいて、ホログラフィック相互接続の性能に影響を与えるパラメータが決定された。このセクションでは、システムが全体として考えられ、その特性が様々な用途に関連して説明される。
【０１２９】
［面積］
デバイスの活性面積は、画素の数、出力ポートの数、およびコストに直接影響を与えるので、多分、LCOSデバイスの最も重要なパラメータである。デバイスのコストはその面積と直接関連しており、大きいデバイスは比例的でなく高価になる。指針として、商用シリコンチップはスループットを高く保つために十分に小さくなければならない。例えばインテルXeonのx7460プロセッサは503mm2のダイ面積を有し、インテルXeonのx5405は214mm2の面積を有する。JVC 4kのLCOSデバイスは、546mm2の活性面積を有する。提案するデバイスは、340mm2から9mm2の範囲にわたる活性面積を有する。340mm2面積を有する最上位範囲のLOISデバイスでさえ、それは、シリコン面積およびコストに関して現在の製作技法の限界内にある。光相互接続のLCOSデバイスはコストの少しの割合のみであることに留意されたい。設置、インフラストラクチュア、および他の装置がコストを支配することになる。これは、製品価格が、それぞれ、CPUおよびLCDのコストによって支配されるコンピュータおよびプロジェクタと異なる。
【０１３０】
［画素の数］
小さいLCOSデバイスが必要とされる場合、面積は13.2×13.2mmまで半分にすることができる。このデバイス(mLOIS)は、画素サイズおよび画素ピッチを同じに保つことによって同じ損失を有するが、画素の数を減少させているので半分の出力ポートを有することになる。さらに小さい活性面積が望ましい場合、9.1×9.1mmの活性面積は同じ損失を導入するが、ユーザは4分の1になることになる。考慮している最小のデバイスは2.9×2.9mmの活性面積を有する。それは、依然として許容できる数のユーザを有し、低コストであることになる。このサイズより下では、実質的なコスト利益はないことになり、光学設計は小さいサイズのためより複雑になるであろう。
【０１３１】
［出力ポート］
単一モードファイバが出力ポートで使用される場合、外径はDF0=125μmであり、コア径はdF0=10μmである(図7を参照)。デバイス上のビーム幅は、2wd/L=0.4のようになる。提案するLOISチップでは、N=1024、L=18.4mmである。αの値は、効率と出力ポートの数との間の所望の交換条件が達成されるように選ばれる。α=0.17では、利用可能な112個の出力ポートがあり、一方、α=0.59では、390個の出力ポートがある。192個のポートがある図7では、α=0.30である。
【０１３２】
ポートの数を増加させることができ、またはLCOSデバイスの活性面積を、単なるSMFの代わりにMMF、テーパファイバ、またはSMFの前のマイクロレンズを使用することによって減少させることができる。ファイバがわずか数百メートル長である小さい地域または大きいビルディングのような短スパンネットワークでは、MMFは所要の帯域幅を低コストで提供することができる。MMFを使用する場合、コアはSMFと比べて実質的に大きく、10μmの代わりに62.5μmである。しかし、入力ファイバは、小さいコアを有するSMFのままであることになる。SMFのビームをMMFコアに整合させるには、出力面は光学的に拡大されるべきであるが、ファイバの間隔は同じままであることになる。その結果、より多くのMMFファイバを出力面に配置することができ、またはより小さいデバイスをより少ない画素を用いて使用することができる。比
【０１３３】
【数１９】
2014511500.tif 000022
【０１３４】
が6.25倍だけ増加する場合、Nにおいて同様の減少を生じることがある。したがって、2.9×2.9mmの活性面積の場合、画素の数が1024個から164個の画素まで減少することがあり、ポート数および損失に関するシステムの性能は依然として表1のようである。
【０１３５】
【表２】
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【０１３６】
表1  全損失が-5.2dB(α=0.59)である場合、および全損失が-3.2dB(α=0.17)である場合の2つのシナリオをとるLOISデバイスの全損失。ポートの数は出力に使用されたSMFに対応し、MMFが使用される場合、6.252倍だけ増加する。
【０１３７】
［効率］
システム損失のうちのあるものは出力ポートの数によって影響され、あるものは影響されない。システムの効率に影響を与えるすべてのファクタは表1に示される。アポディゼーションおよびフィルファクタは、出力ポートの数に関係なく相互接続に同じ損失を招く(セクション1および2を参照)。それと異なり、ホログラム効率(セクション3および図7)は出力ポートの数に関連する。出力ポートの数Sが分かっておらず、そのため、-0.9dBである最悪シナリオを考える。画素当たり5ビットが使用される場合の位相量子化はごくわずかであり、容易に無視することができる(図11を参照)。最後に、シンクエンベロープ減衰およびフリンジングフィールド損失は一緒に考慮されるべきである。最悪シナリオは、ビームが最大角度で偏向される場合である。α=0.59では、この減衰は-3.2dBであり、一方、α=0.17では、減衰は-1.1dBである。より適切である損失の平均値も計算されており、表1に示された。高損失ファイバ(例えば、相互接続と加入者との間の長距離)は、出力面の中心の方に配置され、低損失リンクは外側の領域に配置されるべきである。損失をすべて一緒に加えることによって、システムの全体的な平均効率は、112ポートがある場合に-1.8dBであり、390ポートがある場合に-2.8dBである。損失は、ユーザの数の減少と見なすこともできる。システムのレーザ源がすべての出力ポートのためにちょうど必要なだけのパワーを有する場合、効率の低減によってユーザの数も減少する。
【０１３８】
［例示のシステム］
最終的なシステムは、ネットワークの必要性に依存することになる。最大のユーザ数Smax、コスト、および利用可能なパワー(したがって、効率)は、LCOSチップの特性を決定することになる3つのパラメータである。ユーザの数が決定された後、損失(α)と画素の数(N)との間の関係が決定される。ユーザの数を同じに保ちながら画素の数を増加させると、活性面積L×L、したがって、デバイスのコストが増加することになる。同時に、αは減少し、損失も減少する。
【０１３９】
最初に提案するシステムはLOISデバイスを使用することになる。そのようなデバイスは、HDTV分配システムのバックボーンで使用することができる。スイッチへの入力は、1.5μmまたは1.3μmで動作するレーザに接続されたSMFとすることになる。それは100個未満のポートおよび低損失を必要とすることになる。多分、どの時点でも、10個から20個の出力のみが接続され、したがって、出力ファイバのパワーは高いままであるが、システムはリンク故障の場合にパワーを任意の出力にシフトする性能を保持する。
【０１４０】
2番目に提案するシステムは、さらに、入力としてレーザに接続されたSMFを有することになる。しかし、このシステムは地域内で使用されることになり、出力ポートはより大きい直径を有することになる(MMF、テーパファイバ、またはマイクロレンズ付きのSMF)。850nmのレーザを使用することもできる。地域当たりのユーザの数は100を超えることになり、それらのすべが接続されることがある。より多くのこれらのデバイスを配備し、そのため、より小さいLCOSデバイスを使用することになるので、デバイスのコストはより重要な要因になるであろう。nLOISデバイスは、-2.8dBから-4.4dBの損失、および約390個のポートで使用することができる表1のα=0.59)。
【０１４１】
必要に応じて、VCSELを相互接続への入力として使用することができる。VCSELSは、レーザより大きいビーム幅を有するので、SMFで使用するとき、必要な倍率は6.25倍未満となることになる。これにより、ポートの数が有効に減少する。出力ポートがMMFであり、入力がVCSELである場合に、LOISおよびμLOISのようなデバイスを使用することができる。さらに、ファイバ格子が125μmの代わりに250μmの間隔を有する場合、出力ポートの数はさらに4分の1に減少することになる。250μm間隔のファイバリボンが広く入手可能である。再び、より多くの画素を有するmLOISおよびμLOISのデバイスは、MMFを出力に使用するスイッチに、必要なポート計数を供給することができる。
【０１４２】
このように、光相互接続をマルチキャストするためのLCOSデバイスの使用が研究された。システムの特性、すなわち、効率、出力ポートの数、画素数、およびデバイス面積を関連づける数式を提示した。これによって、光学エンジニアは、デバイスのリソースを最適に使用することができる。いくつかのデバイスを提示し、わずか9mm2の活性面積を有する非常に小さいデバイスでさえ光信号をマルチキャストするのに使用することができることを見いだした。339mm2までの面積を有するより大きいデバイスを使用して、非常に低い損失でSMFに信号を分配することができる。出力ポート、したがって、加入者の数は多く、スイッチ当たり何百個を超えるポートを伴う。それは、出力ポートの直径を拡大させることによってさらに増加させることができる。
【０１４３】
結論として、LCOSデバイスは近い将来に光信号を家にマルチキャストする方法となりうる。コスト、柔軟性、信頼性、および多数の出力ポートのために、それらは理想的な解決策になる。レーザパワーが増加し、同様に帯域幅要求が増加するとき、光ドメインで信号分配を行うことが重要であり、LCOSデバイスは非常に効果的な方法でそれを行うことができることが明らかになる。
【０１４４】
説明された実施形態の技法は、原理的に、LCOS SLMの形態である場合以外の液晶空間光変調器に適用することもできる。多くの他の効果的な代替を当業者は思いつくであろうことは疑いの余地もない。本発明は、説明した実施形態に限定されず、本明細書に添付された特許請求の範囲の範囲内にあり、当業者には明白な変更形態を包含することが理解されよう。
【符号の説明】
【０１４５】
100  スポット生成ホログラム
102  光ファイバ配列
102a  入力光ファイバ
102b  出力光ファイバ
104  共通面、再生面
106  LCOS SLM
106a  SLM1
106b  SLM2
108  フーリエ変換レンズ
108  データプロセッサ
110  入力
112  ビームモニタ
122  光ファイバ出力の外周
180  LCOS光ビームルーティングデバイス
182  偏光ビームスプリッタ
【図１ａ】
2014511500.tif 000024
【図１ｂ】
2014511500.tif 000025
【図１ｃ】
2014511500.tif 000026
【図２ａ】
2014511500.tif 000027
【図２ｂ】
2014511500.tif 000028
【図３】
2014511500.tif 000029
【図４】
2014511500.tif 000030
【図５】
2014511500.tif 000031
【図６】
2014511500.tif 000032
【図７】
2014511500.tif 000033
【図８】
2014511500.tif 000034
【図９】
2014511500.tif 000035
【図１０】
2014511500.tif 000036
【図１１】
2014511500.tif 000037
【図１２】
2014511500.tif 000038
【図１３】
2014511500.tif 000039
【国際調査報告】
2014511500.tif 000040
2014511500.tif 000041
2014511500.tif 000042
2014511500.tif 000043
2014511500.tif 000044