(57)【要約】光学システムは、出発ＬＩＤＡＲ信号を複数の異なる代替導波路の1つに誘導するように構成されたスイッチを含むＬＩＤＡＲチップを有する。該システムは、また、該代替導波路のいずれか１つから出発ＬＩＤＡＲ信号を受信するように構成された再誘導構成要素も含む。該再誘導構成要素は、受信された出発ＬＩＤＡＲ信号を再誘導するようにも構成される。これにより、前記出発ＬＩＤＡＲ信号は前記再誘導構成要素から離れる方向が、前記光学スイッチが前記出発ＬＩＤＡＲ信号を誘導する代替導波路の変化に応答して、変化する。
2021529310.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
出発ＬＩＤＡＲ信号を複数の異なる代替導波路の1つに誘導するように構成されたスイッチを含む、ＬＩＤＡＲチップ、及び
前記代替導波路のいずれか１つからの前記出発ＬＩＤＡＲ信号を受信するように構成され、かつ、受信された該ＬＩＤＡＲ出力信号を再誘導し、それにより、該出発ＬＩＤＡＲ信号が再誘導構成要素から離れる方向は、前記代替導波路の変化に応答して変化し、前記再誘導構成要素は、前記代替導波路から前記出発ＬＩＤＡＲ信号を受信するように構成された再誘導構成要素
を含む、光学システム。
【請求項２】
前記再誘導構成要素は、前記再誘導構成要素が異なる代替導波路から出発ＬＩＤＡＲ信号を受信するときに、該出発ＬＩＤＡＲ信号が異なる方向に前記再誘導構成要素から離れるように構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記再誘導構成要素は、前記再誘導構成要素が異なる代替導波路から出発ＬＩＤＡＲ信号を受信したときに、前記出発ＬＩＤＡＲ信号が異なる送信角度に前記再誘導構成要素から離れるように構成され、前記送信角度が前記再誘導構成要素に対して測定される、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記出発ＬＩＤＡＲ信号が前記再誘導構成要素から離れる方向のいずれも、互いに平行しない、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記再誘導構成要素が、
前記代替導波路のいずれか1つから出発ＬＩＤＡＲ信号を受信し、該出発ＬＩＤＡＲ信号を出力信号に分割するように構成されたスプリッタ、及び
前記出力信号のうちの異なる1つを受信するようにそれぞれ構成された複数の操作導波路
を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記操作導波路のいずれが、ファセットで終端し、該ファセットが、該ファセットを介して前記操作導波路から出る出力信号が、出発ＬＩＤＡＲ信号を再形成し、再形成された出発ＬＩＤＡＲ信号が、前記再誘導構成要素から離れるように配置される、請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
前記操作導波路のいずれが、前記操作導波路内の出力信号間の位相差を調整し、これにより、前記再形成された出発ＬＩＤＡＲ信号が前記再誘導構成要素から離れる方向を調整するように構成された位相チューナを含み、請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
位相チューナを動作させ、それにより、出発ＬＩＤＡＲ信号が前記再誘導構成要素から離れるにつれて平行化されるように構成された電子回路をさらに含む、請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記位相チューナは、前記再形成された出発ＬＩＤＡＲ信号が前記再誘導構成要素から離れる方向を複数の角度範囲にわたって調整するように構成され、ここで、異なる角度範囲のいずれが前記代替導波路の異なる1つに関連する、請求項７に記載のシステム。
【請求項１０】
前記角度範囲のいずれが異なる角度を含み、かつ、隣接する代替導波路に関連した角度範囲が重複する、請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
前記再誘導構成要素は、前記出発ＬＩＤＡＲ信号が前記再誘導構成要素から離れるにつれて平行化されるように、前記出発ＬＩＤＡＲ信号を平行させる、請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
前記再誘導構成要素は、前記出発ＬＩＤＡＲ信号が前記再誘導構成要素から離れるにつれて焦点に向かって移動するように、前記出発ＬＩＤＡＲ信号を集束させる、請求項１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記再誘導構成要素がレンズである、請求項１に記載のシステム。
【請求項１４】
代替導波路のいずれが、ファセットに誘導されたときに出発ＬＩＤＡＲ信号が通過するファセットで終端する、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
レンズが、ファセットのいずれか１つを通過する出発ＬＩＤＡＲ信号を受信するように配置される、請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
前記出発ＬＩＤＡＲ信号と前記レンズとの間の入射角が、前記出発ＬＩＤＡＲ信号を受信した前記代替導波路の関数である、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１７】
前記レンズが、前記光学スイッチに対して静止している、請求項１３に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の参照】
【０００１】
本出願は、２０１８年６月２５日に出願された「光学センサシステム」と題する米国仮特許出願シリアル番号６２／６８９，７１６号の優先権を主張する。その開示は本明細書に全て組み込まれる。
【技術分野】
【０００２】
本発明は光学装置に関する。詳細には、本発明はＬＩＤＡＲチップに関する。
【背景技術】
【０００３】
ＡＤＡＳ（先進運転支援システム）及びＡＲ（拡張現実感）のようなアプリケーションにおいて経済的に展開できる３Ｄ感知システムに関する商業的需要が高まっている。ＬＩＤＡＲ（光検出及び測距）センサを用いて、シーンをレーザ光で照らし、返された信号を測定することにより目標シーンの３Ｄ画像を構築する。
【０００４】
周波数変調連続波（ＦＭＣＷ）は、ＬＩＤＡＲアプリケーションに使用できる一貫した検出方法の一例である。該ＦＭＣＷ技術は、１回の測定で物体の距離及び速度の両方を測定できる。また、ＦＭＣＷ技術は、周囲の光及び他のＬＩＤＡＲシステムからの光に対する感度を減少させている。
【０００５】
多くのＬＩＤＡＲアプリケーションでは、視野の画像を構築するために外部から光ビームを走査する必要がある。ビームを走査する方法は、レーザを含む組立てを回転させること、機械的なミラーを回転させること、及びＭＥＭＳミラーなどの機械的方法を含む。"固体状態"のアプローチは、移動部品の欠如のために興味深いものであり、走査速度を向上させることができる。しかし、試みられてきた固体状態のアプローチは、角度範囲が限られ、多数の制御要素を必要とする。その結果、実用的な固体状態の走査機構が求められている。
【発明の概要】
【０００６】
光学システムは、出発ＬＩＤＡＲ信号を複数の異なる代替導波路の1つに誘導するように構成されたスイッチを含むＬＩＤＡＲチップを有する。該システムは、また、該代替導波路のいずれかからの出発ＬＩＤＡＲ信号を受信するように構成された再誘導構成要素を含む。該再誘導構成要素も、受信された出発ＬＩＤＡＲ信号を再誘導するように構成される。それによって、出発ＬＩＤＡＲ信号が該再誘導構成要素から離れる方向が、前記再誘導構成要素が該出発ＬＩＤＡＲ信号を受信する前記代替導波路の関数である。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】ＬＩＤＡＲチップの平面図である。
【０００８】
【図２】シリコン・オン・インシュレータ・ウェハから構築された図１に係るＬＩＤＡＲチップの断面図である。
【０００９】
【図３】オフチップ走査機構で用いられる図１のＬＩＤＡＲチップを示す。
【００１０】
【図４】オフチップ走査機構の他の実施形態で用いられる図１のＬＩＤＡＲチップを示す。
【００１１】
【図５】統合された走査機構を有する図１のＬＩＤＡＲチップの断面図である。
【００１２】
【図６】ＬＩＤＡＲチップ及び再誘導構成要素を含むＬＩＤＡＲシステムの概略図である。
【００１３】
【図７】円弧状線に沿って位置するレンズの焦点を示す。
【００１４】
【図８Ａ】円弧状線に沿って位置するファセットで終端する代替導波路を有するＬＩＤＡＲチップを示す。
【００１５】
【図８Ｂ】ファセットで終端する代替導波路を有するＬＩＤＡＲチップを示す。該代替導波路の少なくとも一部は、出発ＬＩＤＡＲ信号が異なる方向から該ファセットに接近するように湾曲している。
【００１６】
【図９】湾曲している線に沿って位置するファセットで終端する代替導波路を有するＬＩＤＡＲチップを示す。これにより、代替導波路ｎ＝ｆ乃至ｎ＝Ｎのファセットが円弧状焦点線に近似的に沿って配置される。
【００１７】
【図１０】直線が各ファセットを通過できるように配置されたファセットで終端する代替導波路を有するＬＩＤＡＲチップを示す。該ＬＩＤＡＲチップは、ファセットの一部が円弧状焦点線の一方の側に位置し、ファセットの別の部分が該円弧状焦点線の他方の側に位置し、かつ、該円弧状焦点線が該ファセットを少なくとも２回直線的に通るように配置される。
【００１８】
【図１１】ＬＩＤＡＲチップに統合されたレンズを有するＬＩＤＡＲチップの平面図である。
【００１９】
【図１２Ａ】ＬＩＤＡＲチップ及び再誘導構成要素の別の実施形態を含むＬＩＤＡＲシステムの概略の平面図である。該再誘導構成要素は、ＬＩＤＡＲ出力信号の複数の異なるモードを出力する。
【００２０】
【図１２Ｂ】図１２Ａに示されたＬＩＤＡＲ出力信号モードの一部について重複する角度範囲を示すように修正された図１２Ａの概略図である。
【発明の詳細な説明】
【００２１】
ＬＩＤＡＲシステムは、出発ＬＩＤＡＲ信号を複数の異なる代替導波路のいずれか1つに誘導するように構成されたスイッチを含むＬＩＤＡＲチップを有する。再誘導構成要素は、該代替導波路のいずれか１つから出発ＬＩＤＡＲ信号を受信する。該再誘導構成要素も、受信された出発ＬＩＤＡＲ信号を再誘導する。これにより、該再誘導構成要素から離れる方向が、該再誘導構成要素が出発ＬＩＤＡＲ信号を受信する代替導波路の変化に応答して変化する。その結果、該光学スイッチを動作することにより、視野内の異なるサンプル領域に出発ＬＩＤＡＲ信号を操作し、出発ＬＩＤＡＲ信号が誘導された代替導波路を変更することができる。該光学スイッチは、縦に接続された２Ｘ２マッハ-ツェンダー(ＭＺ)変調器のような光学構成要素を含むか、またはそれからなる固体状態の光学スイッチとすることができる。また、適切な再誘導構成要素の一例は、1つまたは複数のレンズ及び/または１つまたは複数のミラーである。該1つまたは複数のレンズ及び/または1つまたは複数のミラーは、前記光学スイッチに対して静止していてもよい。その結果、実用的な固体状態の装置により出発ＬＩＤＡＲ信号の操作を実現することができる。さらに、代替導波路の間をさらに分離させることにより、出発ＬＩＤＡＲ信号を操作できる角度範囲を増大させることができる。その結果、該ＬＩＤＡＲシステムは、角度範囲の広い固体状態の操作メカニズムを有することができる。
【００２２】
適切な再誘導構成要素の別の例は、代替導波路のいずれか１つから出発ＬＩＤＡＲ信号を受信し、該出発ＬＩＤＡＲ信号を出力信号に分割するように構成されたスプリッタを含む。該再誘導構成要素は、異なる出力信号の１つを受信するようにそれぞれ構成された複数の操作導波路も含む。該操作導波路のいずれは、ファセットで終端する。該ファセットは、ファセットを通って操作導波路から出る出力信号が、再形成された出発ＬＩＤＡＲ信号が再誘導構成要素から離れるように、出発ＬＩＤＡＲ信号を再形成するように配置される。該操作導波路の少なくとも一部は、いずれも出力信号間の位相差を調整するように構成された位相チューナを含む。これにより、再形成された出発ＬＩＤＡＲ信号が該再誘導構成要素から離れる方向が変化する。その結果、位相チューナと代替導波路の選択との両方でＬＩＤＡＲ出力信号の操作を達成することができる。このような操作メカニズムの組合せにより、出発ＬＩＤＡＲ信号を視野内で連続的に操作することが可能となる。また、スプリッタ、操作導波路及び位相チューナは、いずれも移動部品を除外することができる。その結果、実用的な固体状態の装置により出発ＬＩＤＡＲ信号の操作を実現することができる。さらに、代替導波路の間をさらに分離させることにより、出発ＬＩＤＡＲ信号を操作できる角度範囲を増加させることができる。その結果、該ＬＩＤＡＲシステムは、角度範囲の広い固体状態の操作メカニズムを有することができる。
【００２３】
図１は、レーザ共振器を有する構成要素組立て８を含むＬＩＤＡＲチップの平面図である。該レーザ共振器は、レーザ用の利得媒体(図示せず)を含むか、またはそれらからなる光源１０を含む。該チップはまた、光源１０からの光信号を受信する共振器導波路１２を含む。該光源は凹部１３内に配置することができる。これにより、光源のファセットは、光源及び共振器導波路１２が光信号を交換できるようにするために、共振器導波路１２のファセットと光学的に位置合わせされる。該共振器導波路１２は、光信号を部分反射装置１４に伝送する。図示された部分反射装置１４は、ブラッグ格子のような光学格子である。しかし、他の部分反射装置１４を使用することができる。例えば、ミラーは、echelle格子や配列された導波路格子と共に使用できる。
【００２４】
部分反射装置１４は、光信号の反射部分を反射信号として共振器導波路１２に反射する。例えば、共振器導波路１２は、光信号の反射部分が利得媒体を通過するように、反射信号を光源１０に反射する。光源１０は、反射信号の少なくとも一部が、共振器導波路１２で受信される光信号に加算されるように構成されている。例えば、光源１０は、利得媒体から受信された反射信号を利得媒体に戻すように反射する、高度、完全にまたは部分的な反射装置１５を含むことができる。その結果、部分反射装置１４と反射装置１５との間で光を共振させ、分布ブラッグ反射器(ＤＢＲ)レーザ共振器を形成することができる。ＤＢＲレーザ共振器は、ＤＦＢレーザよりも本質的に狭い線幅及びより長い一貫した長さを有し、したがって、チップからＬＩＤＡＲ出力信号を反射する物体が、該チップから遠く離れて位置するときの性能を改善する。
【００２５】
部分反射装置１４は、共振器導波路１２から受信した光信号の一部を、チップに含まれるユーティリティ導波路１６に渡す。ユーティリティ導波路１６が部分反射装置１４から受信する光信号の部分は、レーザ共振器の出力として機能する。レーザ共振器の出力は、ユーティリティ導波路１６上のＬＩＤＡＲ出力信号として機能する。ユーティリティ導波路１６は、ファセット１８で終端し、ＬＩＤＡＲ出力信号をファセット１８に伝送する。ファセット１８は、ファセット１８を通って進行するＬＩＤＡＲ出力信号がチップを出てＬＩＤＡＲ出力信号として機能するように配置することができる。例えば、ファセット１８は、チップの縁部に配置することができ、その結果、ファセット１８を通って進行するＬＩＤＡＲ出力信号がチップを出てＬＩＤＡＲ出力信号として機能する。
【００２６】
ＬＩＤＡＲ出力信号は、チップから離れて進行し、ＬＩＤＡＲ信号の経路内の物体によって反射される。反射信号は、該物体から離れて進行する。反射信号の少なくとも一部は、ユーティリティ導波路１６のファセット１８に戻る。したがって、反射信号の一部は、ファセット１８を通ってユーティリティ導波路１６に入射し、ユーティリティ導波路１６に誘導されたＬＩＤＡＲ入力信号として機能することができる。
【００２７】
ユーティリティ導波路１６は、ファセット１８の前にテーパ部を含むことができる。例えば、ユーティリティ導波路１６は、ファセット１８で終端するテーパ２０を含むことができる。テーパ２０は、ユーティリティ導波路１６とＬＩＤＡＲ入力光や出発ＬＩＤＡＲ信号との効率的な結合のために必要な整列の許容誤差を緩和することができる。したがって、テーパ２０は、処理のためにチップに連続的に反射されるＬＩＤＡＲ入力信号のパーセンテージを増加させることができる。いくつかの例では、テーパ２０は、ファセット１８が、ユーティリティ導波路１６の直線部分の断面積の２、５または１０倍以上の面積を有するように構築されている。図１は、テーパ２０を水平テーパとして示しているが、テーパ２０は、水平及び/または垂直テーパとすることができる。水平及び/または垂直テーパーは、直線状及び/または曲線状であってもよい。いくつかの例では、テーパ２０は断熱テーパである。
【００２８】
チップは、データ分岐２４を含む。そこで、ＬＩＤＡＲデータ(反射物体とＬＩＤＡＲ出力信号源との間の相対速度及び/または距離)のために処理される光学信号が生成される。該データ分岐は、ユーティリティ導波路１６からの光信号の一部をデータ分岐に移動させる光カプラ２６を含む。例えば、光カプラ２６は、ユーティリティ導波路１６からの出発ＬＩＤＡＲ信号の一部を参照信号として参照導波路２７に結合させる。該参照導波路２７は、該参照信号を光結合部２８に伝送する。
【００２９】
光カプラ２６は、また、ユーティリティ導波路１６からのＬＩＤＡＲ入力信号の一部を比較信号として比較導波路３０に結合させる。該比較信号は、ＬＩＤＡＲ入力信号からの光の少なくとも一部を含む。該比較信号は、参照光信号からの光を排除することができる。比較導波路３０は、該比較信号を光結合部２８に伝送する。
【００３０】
図示の光カプラ２６は、参照導波路２７及び比較導波路３０に十分に近接してユーティリティ導波路１６を配置し、ユーティリティ導波路１６からの光を参照導波路２７及び比較導波路３０に結合する結果である。しかし、他の信号分岐構成要素を用いて、ユーティリティ導波路１６からの光信号の一部を参照導波路２７及び比較導波路３０に移すことができる。適切な信号分岐構成要素の例には、これらに限定されないが、ｙ結合器、マルチモード干渉カプラ(ＭＭＩｓ)、及び集積光サーキュレータが含まれる。
【００３１】
光結合部２８は、比較信号及び参照信号を合成信号に合成する。参照信号は、出発ＬＩＤＡＲ信号からの光を有している。例えば、参照信号は、出発ＬＩＤＡＲ信号のサンプルとして機能できる。参照信号は、出発ＬＩＤＡＲ信号及びＬＩＤＡＲ入力信号からの光を排除できる。これに対し、比較信号光は、ＬＩＤＡＲ入力信号からの光を有している。例えば、比較信号は、ＬＩＤＡＲ入力信号のサンプルとして機能できる。したがって、比較信号は、チップから離れた物体によって反射されている一方、出発ＬＩＤＡＲ信号は、反射されていない。チップ及び反射物体が、相対的に移動している場合、比較信号及び参照信号は、ドップラー効果に起因する異なる周波数を有する。その結果、比較信号と参照信号との間でうなりが生ずる。
【００３２】
光結合部２８は、また、得られた複合サンプル信号を第１の検出器導波路３６及び第２の検出器導波路３８上に分割する。第１の検出器導波路３６は、複合サンプル信号の第１の部分を複合サンプル信号の第１の部分を第１の電気信号に変換する第１の光センサ４０に伝送する。第２の検出器導波路３８は、複合サンプル信号の第２の部分を複合サンプル信号の第２の部分を第２の電気信号に変換する第２の光センサ４２に伝送する。好適な光センサの例には、ゲルマニウム・フォトダイオード（ＰＤｓ）、及びアバランチ・フォトダイオード（ＡＰＤｓ）が含まれる。
【００３３】
光結合部２８、第１の光センサ４０及び第２の光センサ４２を、電気データ信号を出力するバランス型光検出器として接続できる。例えば、光結合部２８、第１の光センサ４０及び第２の光センサ４２を、信号光電流の直流成分が相殺するように接続でき、検出感度を改善する。第１の光センサ４０及び第２の光センサ４２をバランス型光検出器として接続するための適切な方法には、第１の光センサ４０及び第２の光センサ４２を直列に接続することが含まれる。一例では、第１の光センサ４０及び第２の光センサ４２は、直列に接続されたアバランチ・フォトダイオードである。小さな信号変動の検出には、バランス型光検出が望ましい。
【００３４】
好適な光結合部２８の一例は、２×２ＭＭＩ装置のようなマルチモード干渉（ＭＭＩ）装置である。他の適切な光結合部２８は、断熱スプリッタ、及び指向性カプラを含むが、これらに限定されない。いくつかの例では、例示された光結合部２８の機能は、２つ以上の光学部品または光学部品の組み合わせによって実施される。
【００３５】
単一の光センサは、第１の光センサ４０及び第２の光センサ４２に置き換えることができ、データ信号を出力できる。単一の光センサが、第１の光センサ４０及び第２の光センサ４２を置き換わる場合、光結合部２８は、光分割機能を有する必要はない。その結果、図示された光結合部２８は、図示の２ｘ１光結合部よりも、２ｘ１光結合部にできる。例えば、図示された光結合部は、２ｘ１ＭＭＩ装置にできる。これらの例では、チップは、複合サンプル信号を光センサに伝送する単一の検出器導波路を含む。
【００３６】
データ分岐は、比較導波路３０に沿って配置されるデータ光減衰器４４を有し、データ光減衰器４４を操作し、比較導波路３０の比較信号を減衰できる。チップは、また、ユーティリティ導波路１６に沿って配置される出力光減衰器４６を有し、出力光減衰器４６操作し、ユーティリティ導波路１６上の出発ＬＩＤＡＲ信号を減衰できる。データ光減衰器４４及び／または出力光減衰器４６のための適切な減衰器は、光信号の強度を減衰させるように構成される。光信号の強度を減衰させるように構成された適切な減衰器の例には、キャリア注入ベースのＰＩＮダイオード、電気吸収変調器、及びマッハ・ツェンダ（ＭＺ）変調器が含まれる。
【００３７】
チップは、また、比較導波路３０からの比較信号の一部をサンプリング導波路５２に結合するサンプリング指向性カプラ５０を有している。比較信号の結合部分は、サンプリング信号として機能する。サンプリング導波路５２は、サンプリング信号をサンプリング光センサ５４に伝送する。図１は、サンプリング導波路５２への比較信号の一部を伝送するサンプリング指向性カプラ５０を示しているが、他の信号分岐構成要素を用い、比較導波路３０からの比較信号の一部をサンプリング導波路５２に伝送できる。適切な信号分岐構成要素の例には、これらに限定されないが、ｙ結合器及びＭＭＩが含まれる。
【００３８】
チップは、レーザ共振器の動作を制御するための制御分岐５５を有している。制御分岐は、ユーティリティ導波路１６からの出発ＬＩＤＡＲ信号の一部を制御導波路５７に伝送する指向性カプラ５６を有している。出発ＬＩＤＡＲ信号の結合部分は、分岐信号として機能する。図１は、出発ＬＩＤＡＲ信号の一部を制御導波路５７に移動させる指向性カプラ５６を示しているが、他の信号分岐構成要素を用い、ユーティリティ導波路１６からの出発ＬＩＤＡＲ信号の一部を制御導波路５７に伝送できる。適切な信号分岐構成要素の例には、ｙ結合器及びＭＭＩｓが含まれるが、これらに限定されない。
【００３９】
制御導波路５７は、分岐された信号を分割し、次に、分岐された信号の異なる部分を分岐された信号の部分間の位相差で再合成する干渉計５８に、分岐された信号を伝送する。図示の干渉計５８は、マッハ・ツェンダ干渉計であるが、他の干渉計を用いることもできる。
【００４０】
干渉計５８は、制御光信号を干渉計導波路６０に出力する。干渉計導波路６０は、制御光信号を電気制御信号としての電気信号に変換する制御光センサ６１に、制御光信号を伝送する。干渉計信号は、出発ＬＩＤＡＲ信号の周波数の関数である強度を有する。例えば、マッハ・ツェンダ干渉計は、フリンジパターンを有する正弦波制御光信号を出力する。出力ＬＩＤＡＲ信号の周波数に関する変化は、制御光信号の周波数に関する変化を引き起こす。したがって、制御光センサ６１から出力される電気制御信号の周波数は、出発ＬＩＤＡＲ信号の周波数の関数である。他の検出メカニズムを、制御光センサ６１の代わりに用いることができる。例えば、制御光センサ６１は、光結合部２８、第１の光センサ４０及び第２の光センサ４２として配置されたバランス型光検出器に置き換えできる。
【００４１】
電子回路６２は、チップ上の1つ以上の構成要素を動作させることができる。例えば、電子回路６２は、光源１０、データ光減衰器４４、出力光減衰器４６、第１の光センサ４０、第２の光センサ４２、サンプリング光センサ５４、及び制御光センサ６１と電気的に通信でき、その動作を制御できる。電子回路６２は、チップ外に示されているが、電子回路の全部または一部をチップ上に含めることができる。例えば、チップは、第１の光センサ４０を第２の光センサ４２と直列に接続する導電体を含むことができる。
【００４２】
チップの動作中、電子回路６２は、光源１０を動作させる。これにより、レーザ共振器が、出発ＬＩＤＡＲ信号を出力する。次いで、電子回路６２は、各サイクルが、視野中のサンプル領域の１つに関連するＬＩＤＡＲデータ（反射物体とＬＩＤＡＲ出力信号源との間の相対速度及び/または距離）を生成する一連のサイクルを通して、チップを動作させる。各サイクルは、複数のサンプリングの間を含むことができる。各サンプルの間に、電子回路は、出発ＬＩＤＡＲ信号の周波数を調整できる。以下でより詳細に説明するように、電子回路は、時間の関数としての出発ＬＩＤＡＲ信号の周波数が電子回路に知られるように、出発ＬＩＤＡＲ信号の周波数を制御するために、制御分岐からの出力を使用できる。いくつかの例では、サイクルは、第１のサンプル及び第２のサンプルを有している。第１のサンプルの間、電子回路６２は、出発ＬＩＤＡＲ信号の周波数を増加させることができ、また、第２のサンプルの間、電子回路６２は、出発ＬＩＤＡＲ信号の周波数を減少させることができる。例えば、レーザ共振器を、１５５０ｎｍの波長を有する出発ＬＩＤＡＲ信号（したがって、ＬＩＤＡＲ出力信号）を出力するように構成できる。第１のサンプルの間、電子回路６２は、出発ＬＩＤＡＲ信号（したがって、ＬＩＤＡＲ出力信号）の周波数を増加させ、波長が１５５０ｎｍから１４５９．９８ｎｍに減少し、続いて、出発ＬＩＤＡＲ信号の周波数を減少させ、波長が１４５９．９８ｎｍから１５５０ｎｍに増加するようにできる。
【００４３】
第１のサンプルの間、出発ＬＩＤＡＲ信号の周波数を増加するときに、ＬＩＤＡＲ出力信号は、チップから離れて進み、そして、ＬＩＤＡＲ入力信号としてチップに戻る。ＬＩＤＡＲ入力信号の一部は、比較信号になる。ＬＩＤＡＲ出力信号及びＬＩＤＡＲ入力信号が、チップと反射物体との間を移動している間に、出発ＬＩＤＡＲ信号の周波数は増加し続ける。出発ＬＩＤＡＲ信号の一部は参照信号となるので、参照信号の周波数は増加し続ける。結果として、比較信号は、光結合部に同時に入射する参照信号よりも低い周波数で光結合部に入射する。さらに、反射物体がチップから遠く配置されるほど、参照信号の周波数は、ＬＩＤＡＲ入力信号がチップに戻る前に、より増加する。したがって、比較信号の周波数と参照信号の周波数との差が大きいほど、反射物体は、チップからさらに離れる。その結果、比較信号の周波数と参照信号の周波数との差は、チップと反射物体との間の距離の関数である。
【００４４】
同じ理由で、第２のサンプルの間、出発ＬＩＤＡＲ信号の周波数を減少するときに、比較信号は、光結合部に同時に入射する参照信号よりも高い周波数で、光結合部に入射し、また、第２のサンプル中の比較信号の周波数と参照信号の周波数との間の差も、チップと反射物体との間の距離の関数である。
【００４５】
いくつかの例では、チップ及び反射物体の相対的な移動もまた比較信号の周波数に影響を及ぼすので、比較信号の周波数と参照信号の周波数との間の差をドップラー効果の関数にできる。例えば、チップが、反射物体に向かって、または、反射物体から離れて移動し、及び/または、反射物体が、チップに向かって、または、チップから離れて移動しているとき、ドップラー効果は、比較信号の周波数に影響を及ぼす可能性がある。比較信号の周波数は、反射物体が、チップに向かって、または、チップから離れて移動している速度、及び／または、チップが、反射物体に向かって、または、反射物体から離れて移動している速度の関数であるため、比較信号の周波数と参照信号の周波数との差も、反射物体が、チップに向かって、または、チップから離れて移動している速度、及び／または、チップが、反射物体に向かって、または、反射物体から離れて移動している速度の関数である。したがって、比較信号の周波数と参照信号の周波数との差は、チップと反射物体との間の距離の関数であり、また、ドップラー効果の関数でもある。
【００４６】
複合サンプル信号及びデータ信号は、それぞれ、比較信号及び参照信号を有効に比較する。例えば、光結合部は、比較信号及び参照信号を結合し、これらの信号は、異なる周波数を有するので、比較信号と参照信号との間でうなりが生ずる。したがって、複合サンプル信号及びデータ信号は、比較信号と参照信号との間の周波数差に関連するビート周波数を有し、ビート周波数を用いて、比較信号及び参照信号の周波数の差を判定できる。複合サンプル信号及び/またはデータ信号に関するより高いビート周波数は、比較信号及び参照信号の周波数の間に、より高い差を示す。その結果、データ信号のビート周波数は、チップ、及び反射物体の間の距離の関数であり、ドップラー効果の関数でもある。
【００４７】
上述のように、ビート周波数は、２つの未知数、チップと反射物体との間の距離、及び、チップ及び反射物体の相対速度（すなわち、ドップラー効果の寄与）の関数である。比較信号と参照信号との間の周波数差の変化（Δｆ）は、Δｆ＝２Δｖｆ／ｃで与えられる。ここで、ｆは、ＬＩＤＡＲ出力信号、したがって、参照信号の周波数である。また、Δｖは、チップ及び反射物体の相対速度である。また、ｃは、空気中の光の速度である。多数の異なるサンプルを用いることにより、電子回路６２は、２つの未知数を解決できる。例えば、第１のサンプルについて判定されたビート周波数は、未知の距離及びドップラー寄与に関連し、また、第２のサンプルについて判定されたビート周波数も、未知の距離及びドップラー寄与に関連する。２つの関係を利用することによって、電子回路６２は、２つの未知数を解決できる。したがって、ドップラー効果に影響されることなく、チップと反射物体との間の距離を判定できる。さらに、いくつかの例では、電子回路６２は、この距離をドップラー効果と組み合わせて用いて、チップに向かうまたはチップから離れる反射物体の速度を判定する。
【００４８】
ターゲット及びソースの相対速度がゼロ、または非常に小さい場合では、ビート周波数に対するドップラー効果の寄与は、本質的にはゼロである。これらの場合では、ドップラー効果は、ビート周波数に実質的に寄与せず、また、電子回路６２は、第1のサンプルだけを取って、チップと反射物体との間の距離を判定できる。
【００４９】
動作中、電子回路６２は、制御光センサ６１から出力される電気制御信号に応答して、出発ＬＩＤＡＲ信号の周波数を調整することができる。前記のように、制御光センサ６１から出力される電気制御信号の大きさは、出発ＬＩＤＡＲ信号の周波数の関数である。したがって、電子回路６２は、制御の大きさに応じて、出発ＬＩＤＡＲ信号の周波数を調整できる。例えば、１つのサンプルの間に出発ＬＩＤＡＲ信号の周波数を変化させながら、電子回路６２は、時間の関数として、電気制御信号の大きさに関する適切な値の範囲を有することができる。サンプルの間の複数の異なる時点で、電子回路６２は、電気制御信号の大きさを、サンプルの間の現在の時間に関連する値の範囲と比較できる。電気制御信号の大きさが、出発ＬＩＤＡＲ信号の周波数が電気制御信号の大きさの関連付けられた範囲外であることを示す場合、電子回路６２は、光源１０を動作させて、出発ＬＩＤＡＲ信号の周波数を変化させて、それが関連付けられた範囲内に入射するようにできる。電気制御信号の大きさが、出発ＬＩＤＡＲ信号の周波数が電気制御信号の大きさの関連付けられた範囲内にあることを示す場合、電子回路６２は、出発ＬＩＤＡＲ信号の周波数を変化させない。
【００５０】
動作中、電子回路６２は、サンプリング光センサ５４からのサンプリング信号に応じて、出力光減衰器４６によって提供される減衰のレベルを調整できる。例えば、電子回路６２は、出力光減衰器４６を動作させ、第１の信号閾値を超えるサンプリング信号の大きさに応じて、減衰量を増加させ、及び／または第２の信号閾値未満であるサンプリング信号の大きさに応じて、出力低下の大きさを減少させる。
【００５１】
いくつかの例では、電子回路６２は、出力光減衰器４６によって提供される減衰のレベルを調整し、レーザ共振器の性能上の逆反射の影響を防止、または低減する。例えば、第１の信号閾値、及び／または第２の信号閾値は、レーザ共振器の性能上の逆反射の影響を防止、または低減するように、任意に選択できる。ＬＩＤＡＲ入力信号の一部が戻りＬＩＤＡＲ信号としてレーザ共振器に戻るとき、逆反射が起こる。いくつかの例では、ファセット１８を通過するＬＩＤＡＲ入力信号の５０％程度が、レーザ共振器に戻る。部分反射装置１４に入射する戻りＬＩＤＡＲ信号の出力が、最小出力低下閾値を超えて、部分反射装置１４から出射する出発ＬＩＤＡＲ信号の出力よりも下回って減少（「出力低下」）しない場合、戻りＬＩＤＡＲ信号は、レーザ共振器の性能に影響を及ぼす可能性がある。図示のチップでは、最小出力低下閾値は約３５ｄＢ（０．０３％）にできる。したがって、戻りＬＩＤＡＲ信号は、部分反射装置１４に入射する戻りＬＩＤＡＲ信号の出力が、部分反射装置１４から出射する出発ＬＩＤＡＲ信号の出力よりも３５ｄＢ以下である場合に、レーザ共振器の性能に影響を及ぼす可能性がある。
【００５２】
電子回路６２は、出力光減衰器４６を動作させ、例えば、目標物体が非常に近くにある、または、高い反射性を有している、または、その両方であるときに、低出力低下の影響を低減できる。図１から明らかなように、減衰のレベルを増大するように出力光減衰器４６を動作させることにより、部分反射装置１４に入射する戻りＬＩＤＡＲ信号の出力が低減され、及び、部分反射装置１４から離れた位置で、反射出発ＬＩＤＡＲ信号の出力が低減される。出力光減衰器４６が部分反射装置１４から離れて配置されているため、部分反射装置１４から出射する出発ＬＩＤＡＲ信号の出力は、出力光減衰器４６の動作によって、直接的には、影響されない。したがって、減衰のレベルを増大させるように出力光減衰器４６を動作させることは、出力低下のレベルを増大する。その結果、電子回路は、光減衰器４６を使用して、出力低下を調整できる。
【００５３】
さらに、サンプリング信号の大きさは、出力低下に関連付けられる。例えば、サンプリング信号の大きさは、図１から明らかなように、比較信号の出力に関連付けられる。比較信号は、ＬＩＤＡＲ入力信号の一部であるため、サンプリング信号の大きさは、ＬＩＤＡＲ入力信号の出力に関連付けられる。この結果は、戻りＬＩＤＡＲ信号が、ＬＩＤＡＲ入力信号の一部であるので、サンプリング信号の大きさも、戻りＬＩＤＡＲ信号の出力に関連付けられることを意味する。したがって、サンプリング信号の大きさは、出力低下に関連付けられる。
【００５４】
サンプリング信号の大きさが出力低下に関連付けられるため、電子回路６２は、サンプリング信号の大きさを用いて、出力光減衰器を動作させ、比較信号出力の大きさを目標範囲内に維持できる。例えば、電子回路６２は、出力低下の大きさが第１の閾値以下であることを示すサンプリング信号に応じて、出力低下の大きさを増加させるように出力光減衰器４６を動作させることができ、及び／または、電子回路６２は、出力低下の大きさが第２の閾値以上であることを示すサンプリング信号に応じて、出力低下の大きさを減少させるように出力光減衰器４６を動作させることができる。いくつかの例では、第１の閾値は、最小出力低下閾値以上である。一例では、電子回路６２は、第１の信号閾値を超えるサンプリング信号の大きさに応じて、出力低下の大きさを増加させるように出力光減衰器４６を動作させ、及び／または、第２の信号閾値未満のサンプリング信号の大きさに応じて、出力低下の大きさを減少させる。第１の閾値、第２の閾値、第１の信号閾値、及び第２の信号閾値からなる群から選択された１つ、２つ、３つ、または４つの変数の識別を、ＬＩＤＡＲチップシステムのセットアップ中の光チップのキャリブレーションから判定できる。
【００５５】
複合光信号の出力が出力閾値を超えると、光センサは、飽和になる可能性がある。光センサが飽和になると、データ信号の大きさは、出力閾値を超えて複合光信号の出力に増加があっても、増加しない最大値に行き当たる。したがって、複合光信号の出力が出力閾値を超えると、データが、失われる可能性がある。動作中、電子回路６２は、データ光減衰器４４によって提供される減衰のレベルを調整し、その結果、複合光信号の出力は、出力閾値未満に維持される。
【００５６】
図１から明らかなように、サンプリング信号の大きさは、比較信号の出力に関連付けられる。したがって、電子回路６２は、サンプリング信号からの出力に応じて、データ光減衰器４４を動作できる。例えば、電子回路６２は、サンプリング信号の大きさが比較信号の出力を示す場合に、データ光減衰器を動作させて、比較信号の減衰を増加させ、及び／または、サンプリング信号の大きさが比較信号の出力を示す場合に、データ光減衰器を動作させて、比較信号の減衰を減少させ。例えば、いくつかの例では、電子回路６２は、サンプリング信号の大きさが上側比較閾値以上であるときに、比較信号の減衰を増加させることができ、及び／または、サンプリング信号の大きさが上側比較信号閾値以下であるときに、電子回路６２は、比較信号の減衰を減少させることができる。
【００５７】
上述のように、電子回路６２は、サンプリング信号に応じて、出力光減衰器４６によって提供される減衰のレベルを調整できる。電子回路６２は、追加的に、または、サンプリング信号に応じて、出力光減衰器４６によって提供される減衰のレベルを調整する代わりに、サンプリング信号に応じて、データ光減衰器４４によって提供される減衰のレベルを調整できる。
【００５８】
チップのための適切なプラットフォームには、シリカ、リン化インジウム、及びシリコン・オン・インシュレータ・ウェハが含まれるが、これらに限定されない。図２は、シリコン・オン・インシュレータ・ウェハから構成されたチップの一部の断面図である。シリコン・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）・ウェハは、基板８２と光伝送媒体８４との間に、埋め込み層８０を有している。シリコン・オン・インシュレータ・ウェハでは、埋め込み層は、シリカである一方、基板及び光伝送媒体は、シリコンである。ＳＯＩウェハなどの光学プラットフォームの基板は、チップ全体の基盤として機能できる。例えば、図１に示された光学部品は、基板の上面及び／または側面に接して、または上に配置できる。
【００５９】
図２に示されたチップの部分は、シリコン・オン・インシュレータ・ウェハから構築されたチップと共に用いられるのに適した導波路構造を有している。光伝送媒体のリッジ８６は、光伝送媒体のスラブ領域８８から離れて延伸する。光信号は、リッジの頂点と埋め込み酸化物層との間に制限される。
【００６０】
リッジ導波路の寸法は、図２で表示されている。例えば、リッジは、ｗで表示された幅及びｈで表示された高さを有している。スラブ領域の厚さは、Ｔと表示される。ＬＩＤＡＲアプリケーションに関して、これらの寸法は、他のアプリケーションで用いられるよりも高いレベルの光電力を用いる必要があるため、他のアプリケーションよりも重要である。リッジ幅（ｗと表示される）は、１μｍより大きく、かつ、４μｍ未満であり、リッジ高さ（ｈと表示される）は、１μｍより大きく、かつ、４μｍ未満であり、スラブ領域の厚さは、０．５μｍより大きく、かつ、３μｍ未満である。これらの寸法は、導波路の直線部分、または、実質的な直線部分、導波路の湾曲部分、及び導波路のテーパ部分に適用できる。したがって、導波路のこれらの部分は、シングルモードとなる。しかし、いくつかの例では、これらの寸法は、導波路の直線部分、または、実質的な直線部分に適用される一方、導波路の湾曲部分、及び／または、導波路のテーパ部分は、これらの範囲外の寸法を有する。例えば、図１に示すユーティリティ導波路１６のテーパ部分は、４μｍより大きく、かつ、４μｍ〜１２μｍの幅、及び／または高さを有することができる。追加的または代替的に、導波路の湾曲部分は、導波路の湾曲部分における光損失を低減するために、薄くされたスラブ厚さを有することができる。例えば、導波路の湾曲部分は、０．０μｍ以上、かつ、０．５μｍ未満の厚さで、スラブ領域から離れるように延伸するリッジを有することができる。上記の寸法によって、一般的には、シングルモード構造を有する導波路の直線部分、または、実質的な直線部分が提供される一方、それらは、結果として、マルチモードであるテーパ部分、及び／または、湾曲部分にできる。マルチモード・ジオメトリとシングルモード・ジオメトリとの間の結合は、高次モードを実質的に励起しないテーパを使用して行うことができる。したがって、導波路で伝送される信号が、マルチモードの寸法を有する導波路セクションで伝送される場合であっても、シングルモードで伝送されるように、導波路を構築できる。図２の導波路の構造は、共振器導波路１２、ユーティリティ導波路１６、参照導波路２７、比較導波路３０、第１の検出器導波路３６、第２の検出器導波路３８、サンプリング導波路５２、制御導波路５７、及び干渉計導波路６０からなる群から選択された導波路の全部、または一部に適している。
【００６１】
ユーティリティ導波路１６とインターフェイスで接続される光源１０は、チップから離れており、その後、チップに取り付けられる利得要素にできる。例えば、光源１０は、フリップチップ配置を用いてチップに取り付けられる利得要素にできる。
【００６２】
フリップチップ配置の使用は、光源１０が、シリコン・オン・インシュレータ・ウェハから構築されたチップ上のリッジ導波路とインターフェイス接続されるであろう場合に適している。シリコン・オン・インシュレータ・ウェハから構成されたチップ上のフリップチップ利得要素とリッジ導波路との間の適切なインターフェイスの例を、それぞれが全体として本出願に組み込まれる、２０１７年７月１１日に発行された米国特許番号９、７０５、２７８号及び１９９９年１１月２３日に発行された米国特許番号第５、９９１、４８４号に見つけることができる。これらの構築は、光源１０としての使用に適している。光源１０が利得要素である場合には、電子回路６２は、利得要素を介して印加される電流のレベルを変化させることによって、出発ＬＩＤＡＲ信号の周波数を変更できる。
【００６３】
減衰器は、チップから分離しており、その後、チップに取り付けられる構成要素にできる。例えば、減衰器をフリップチップ配置のチップに取り付けられる減衰器チップに含めることができる。減衰器チップの使用は、データ減衰器及び制御減衰器からなる群から選択された減衰器の全部または一部に適している。
【００６４】
離れた構成要素上に減衰器を含める代わりに、減衰器の全部または一部をチップに統合できる。例えば、シリコン・オン・インシュレータ・ウェハから構築されたチップ上のリッジ導波路とインターフェイス接続される減衰器の例を、それぞれが全体として本出願に組み込まれる、１９９９年６月１日に発行された米国特許番号第５、９０８、３０５号に見つけることができる。チップと統合された減衰器の使用は、データ減衰器及び制御減衰器からなる群から選択された光センサの全部または一部に適している。
【００６５】
チップ上の導波路とインターフェイス接続される光センサは、チップから分離しており、その後、チップに取り付けられる構成要素にできる。例えば、光センサは、フォトダイオード、または、バランチフォトダイオードにできる。好適な光センサ構成要素の例には、日本の浜松市に所在するＨａｍａｍａｔｓｕ製ＩｎＧａＡｓ  ＰＩＮフォトダイオード、または、日本の浜松市に所在するＨａｍａｍａｔｓｕ製ＩｎＧａＡｓ  ＡＰＤ（アバランチフォトダイオード）が含まれるが、これらに限定されない。これらの光センサを、図１に示すように、チップに集中的に配置できる。或いは、光センサで終端する導波路の全部または一部をチップの端部に配置されるファセット１８で終端させるようにでき、また、光センサをファセット１８上のチップの端部に取り付け、光センサがファセット１８を通過する光を受光するようにできる。チップとは離れた構成要素である光センサの使用は、第１の光センサ４０、第２の光センサ４２、サンプリング光センサ５４、及び制御光センサ６１からなる群から選択された光センサの全部または一部に適している。
【００６６】
離れた構成要素である光センサの代わりに、光センサの全部、または、一部をチップに統合できる。例えば、シリコン・オン・インシュレータ・ウェハから構成されたチップ上のリッジ導波路とインターフェイス接続される光センサの例を、全体として本出願に組み込まれる、Ｏｐｔｉｃｓ  Ｅｘｐｒｅｓｓ  Ｖｏｌ．１５、Ｎｏ．２１、１３９６５−１３９７１（２００７）、２００１２年１月１０日に発行された米国特許番号第８，０９３，０８０号、２０１２年８月１４日に発行された米国特許番号第８，２４２，４３２号、及び２０００年８月２２日に発行された米国特許番号第６，１０８，８４７２号に見つけることができる。チップに統合された光センサの使用は、第１の光センサ４０、第２の光センサ４２、サンプリング光センサ５４、及び制御光センサ６１からなる群から選択された光センサの全部または一部に適している。
【００６７】
様々な光学装置プラットフォームと統合された光学格子構造が、利用できる。例えば、リッジの頂点及び／またはリッジの後側に溝を形成することによって、リッジ導波路にブラッグ格子を形成できる。
【００６８】
いくつかの例では、ＬＩＤＡＲ出力信号を走査することが望ましい。上記のチップ構造は、ＬＩＤＡＲアプリケーションで使用される様々な走査機構との使用に適している。例えば、ＬＩＤＡＲ出力信号を、１つ以上の反射装置、及び／または、１つ以上の平行装置によって受信できる。１つ以上の反射装置を、ＬＩＤＡ出力信号を再誘導、及び／または、操作するように構成し、ＬＩＤＡＲ出力信号の走査を提供するようにできる。好適な反射装置には、機械的に駆動されるミラー及び微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）ミラーを含むミラーが含まれるが、これらに限定されない。１つ以上の平行装置は、ＬＩＤＡ出力信号の平行を提供し、したがって、ユーティリティ導波路１６で受信されるＬＩＤＡ入力信号の部分を増加できる。好適な平行装置には、単一レンズ及び複合レンズが含まれるが、これらに限定されない。
【００６９】
図３は、反射装置９０及び平行装置９２と共に使用される上述のチップを示している。例えば、レンズは、ＬＩＤＡ出力信号を受信し、該ＬＩＤＡ出力信号の平行または集束を提供する平行または集束装置として機能する。ミラーは、ＬＩＤＡ出力信号を受信し、該ＬＩＤＡ出力信号を所望の方向に反射する反射装置９０として機能する。Ａで表示される矢印で示されているように、電子回路は、平行にされた、または集束されたＬＩＤＡ出力信号を操作し、及び／または、平行にされた、または集束されたＬＩＤＡ出力信号を走査するように、ミラーを動かすことができる。ミラーの動作は、２次元または３次元にできる。適切なミラーには、機械的に駆動されるミラー及び微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）ミラーが含まれるが、これらに限定されない。
【００７０】
図４は、反射装置９０及び平行または集束装置９２と共に使用される上述のチップを示している。例えば、ミラーは、ＬＩＤＡ出力信号を受信し、ＬＩＤＡ出力信号を所望の方向に反射する反射装置９０として機能する。Ａで表示された矢印で示されているように、電子回路は、ＬＩＤＡ出力信号を操作し、及び／または、ＬＩＤＡ出力信号を走査するように、ミラーを動かすことができる。レンズは、ミラーからＬＩＤＡ出力信号を受信し、該ＬＩＤＡ出力信号の平行または集束を提供する平行または集束装置９２として機能する。レンズを、ミラーの動作とともに動くように構成し、レンズが、ミラーの異なる位置でＬＩＤＡ出力信号を受信し続けるようにできる。或いは、ミラーの動作を十分に制限し、レンズが、ミラーの異なる位置でＬＩＤＡ出力信号を受信し続けるようにできる。ミラーの動作は、２次元または３次元にできる。適切なミラーには、機械的に駆動されるミラー及び微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）ミラーが含まれるが、これらに限定されない。
【００７１】
ＳＯＩ  ＭＥＭＳ（Ｓｉｌｉｃｏｎ−Ｏｎ−Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ  Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ）技術のような技術を、ＭＥＭＳミラーなどの反射装置をチップに組み込むために、用いることができる。例えば、図５は、ユーティリティ導波路１６の長手方向軸を通って得られるチップの一部の断面図である。図示されたチップは、シリコン・オン・インシュレータ導波路上に形成されている。ミラー凹部は、光伝送媒体を通って基盤まで延在する。該ミラーは、該ユーティリティ導波路からＬＩＤＡＲ出力信号を受信するように、ミラー凹部内に配置される。レンズは、ミラーからＬＩＤＡＲ出力信号を受信し、ＬＩＤＡＲ出力信号の平行または集束を提供する平行または集束装置９２として機能する。レンズを、ミラーの動作とともに動くように構成し、レンズが、ミラーの異なる位置でＬＩＤＡＲ出力信号を受信し続けるようにできる。或いは、ミラーの動作を十分に制限し、レンズが、ミラーの異なる位置でＬＩＤＡ出力信号を受信し続けるようにできる。電子回路は、ミラーの動作を２次元または３次元で制御できる。
【００７２】
上記チップは、反射装置に加えて、または代替装置としてＬＩＤＡＲ出力信号を走査及び/または操作する代替的な方法を含むことができる。例えば、該チップは、ＬＩＤＡＲ出力信号を複数の出力信号に吐き出すための構成要素を含むことができる。次いで、該チップは、異なる出力信号間の位相差を調整して、ＬＩＤＡＲ出力信号が該チップから離れる方向を制御することができる。ＬＩＤＡＲ出力信号は、出力信号間の位相差のレベルを変化させることにより、操作または走査することができる。ＬＩＤＡＲ出力信号を操作するために出力信号間の位相差を採用する適切なシステムは、それぞれが全体として本明細書に組み込まれる、２０１８年６月１２日に出願された米国特許出願シリアル番号６２/６８３,９５８号、及び２０１８年６月５日に出願された米国特許出願シリアル番号６２/６８０,７８７号に記載されている。
【００７３】
ＬＩＤＡＲ出力信号を走査及び/または操作するための別の方法は、光学スイッチングを含むことができる。図６は、ＬＩＤＡＲチップ及び再誘導構成要素を含むＬＩＤＡＲシステムを示す。図６では、ＬＩＤＡＲチップの一部が示されている。ＬＩＤＡＲチップの図示された部分は、ＬＩＤＡＲ出力信号を操作するために光学スイッチングを使用するように構成される。図６に示されていないチップの部分は、本特許出願の他の場所に記載されているように構築することができる。例えば、図６に示されたユーティリティ導波路１６は、図１に開示されたＬＩＤＡＲチップのようなＬＩＤＡＲチップのユーティリティ導波路１６とすることができる。
【００７４】
ユーティリティ導波路１６は、出発ＬＩＤＡＲ信号をいずれも導波指数ｎ＝１乃至Ｎに関連する複数の代替導波路１０２のうちの１つに導く光学スイッチ１００に出発ＬＩＤＡＲ信号を伝送する。代替導波路１０２のいずれは、ファセット１８で終端する。出発ＬＩＤＡＲ信号を受信する代替導波路１０２は、該代替導波路１０２から出て、出発ＬＩＤＡＲ信号が通過するファセット１８に出発ＬＩＤＡＲ信号を導き、ＬＩＤＡＲ出力信号として機能する。これにより、光学スイッチ１００は、出発ＬＩＤＡＲ信号が通過するファセット１８のいずれか1つに出発ＬＩＤＡＲ信号を導くことができ、ＬＩＤＡＲ出力信号として機能する。
【００７５】
ＬＩＤＡＲ出力信号は、チップから離れた対象物から反射することができる。反射信号の少なくとも一部は、ファセット１８に戻って、該ファセット１８を通って代替導波路から出て、ＬＩＤＡＲ入力信号として関連する代替導波路１０２に入射する。代替導波路１０２は、ＬＩＤＡＲ入力信号を、ＬＩＤＡＲ入力信号をユーティリティ導波路１６に戻す光学スイッチ１００に誘導する。そして、該チップ及び電子回路は、ＬＩＤＡＲ入力信号を処理することができる。
【００７６】
電子回路は、光学スイッチ１００を動作させて、出発ＬＩＤＡＲ信号を受信する代替導波路１０２を変更することができる。したがって、電子回路は、出発ＬＩＤＡＲ信号を、代替導波路１０２のうちの特定の1つに、また、これにより、ファセット１８の特定の1つに誘導されるようにすることができる。
【００７７】
ＬＩＤＡＲシステムは、また、代替導波路のいずれか１つから出発ＬＩＤＡＲ信号を受信し、受信された出発ＬＩＤＡＲ信号を再誘導するように構成された再誘導構成要素を含み、その結果、出発ＬＩＤＡＲ信号が再誘導構成要素から離れる方向が、再誘導構成要素が該出発ＬＩＤＡＲ信号を受信する代替導波路の関数である。出発ＬＩＤＡＲ信号の方向は、出発ＬＩＤＡＲ信号が再誘導構成要素から離れる方向が、再誘導構成要素が出発ＬＩＤＡＲ信号を受信する代替導波路の変化に応答して変化するという点で、代替導波路の関数とすることができる。いくつかの例では、再誘導構成要素は、異なる方向のいずれも互いに平行でないように構成される。例えば、再誘導構成要素が、再誘導構成要素に対して測定された送信角度を有する異なる代替導波路から出発ＬＩＤＡＲ信号を受信するときに、異なる送信角度で、出発ＬＩＤＡＲ信号が再誘導構成要素から離れるように、再誘導構成要素を構成することができる。
【００７８】
図６において、レンズ１０４は、再誘導構成要素１０３として機能する。レンズ１０４は、ＬＩＤＡＲ出力信号として機能する出発ＬＩＤＡＲ信号を受信するように配置される。レンズ１０４及び代替導波路１０２は、異なる代替導波路１０２からのＬＩＤＡＲ出力信号が、レンズ１０４の入射側の異なる領域に入射し、かつ/またはレンズ１０４の入射側で異なる入射角を有するように配置される。その結果、異なる代替導波路１０２からのＬＩＤＡＲ出力信号は、異なる方向にレンズ１０４から離れる。例えば、代替導波路１０２は、図６ではｎ＝１乃至ｎ＝Ｎと表示されている。図６では、再誘導構成要素１０３が、ｎ＝１からＮまで表示された代替導波路からのＬＩＤＡＲ出力信号を受信したときのＬＩＤＡＲ出力信号(出発ＬＩＤＡＲ信号)の送信角度は、図６においてθｎで表示されている。したがって、ＬＩＤＡＲ出力信号がｎ＝１と表示された代替導波路に誘導されると、ＬＩＤＡＲ出力信号は送信角度θｎを有する。該送信角度は、再誘導構成要素１０３に対して測定される。例えば、送信角度は、レンズの光軸とＬＩＤＡＲ出力信号との間で測定することができる。図６から明らかなように、角度θｎは、異なる代替導波路１０２に対して異なる。異なる代替導波路１０２からのＬＩＤＡＲ出力信号が異なる方向にレンズ１０４から離れて移動するので、電子回路は、スイッチを操作することによってＬＩＤＡＲ出力信号の方向を制御することができる。これにより、ＬＩＤＡＲ出力信号を、所望の方向を有するＬＩＤＡＲ出力信号を提供する代替導波路１０２に誘導する。１つの代替導波路１０２から別の代替導波路１０２への方向の変化の程度は、レンズ構造の関数とすることができる。これにより、レンズ構成を変更して、代替導波路間の方向の変化の程度を増減させることができる。
【００７９】
システムの動作中、電子回路は、チップが所望の処理に必要とされるＬＩＤＡＲ入力信号を受信するまで、出発ＬＩＤＡＲ信号を受信する代替導波路１０２をスイッチングすることを遅延させることができる。その結果、ＬＩＤＡＲ出力信号及び関連するＬＩＤＡＲ入力信号は、同一の代替導波路１０２によって誘導される。
【００８０】
図６において、Ｒはレンズの入射側のＬＩＤＡＲ出力信号の半径を表し、Ｒ'はレンズ半径を表し、ｓはレンズからの物体距離を表す。Ｒ'の値は、レンズによって捕捉される発散光の量を増加させるように選択できる。Ｒ/ｓの比は、Ｒ'に必要な値を概算するために用いることができ、導波路ファセットからの光の発散角の関数とすることができる。発散光の捕捉を増加させるために、発散半角Φの２倍を用いることができる。この場合、Ｒ/ｓは、少なくともｔａｎ(２Φ)とすることができる。例えば、横方向１０μｍの代替導波路ファセット寸法については、横方向発散半角Φは約６°である。この場合、Ｒ/ｓは、少なくともｔａｎ(１２°)＝１/５とすることができる。Ｒ'は、ＬＩＤＡＲ出力信号(Ｒ)の半値幅よりも大きくすることができ、代替導波路間のスイッチングによるレンズ上のＬＩＤＡＲ出力信号の位置の変化を収容するレンズ半径を表す。いくつかの例では、Ｒ'は、Ｒ、１．３Ｒ、または１．６Ｒ以上であり、かつ/または４Ｒ、または６Ｒ以下である。ここで、Ｒは、ｓ＊ｔａｎ(２Φ)以上である。
【００８１】
ファセット１８の中心間距離は、図６においてｄで示されている。ｄを減少させることによって角度分解能を改善することができる。いくつかの場合では、隣接するファセット組ごとについて、該中心間距離は一定である。しかし、異なるファセット組について、該中心間距離は異なることがある。ファセット１８間の適切な中心間距離は、５、１０、または５０μｍを超える距離、かつ/または１００、１,０００または１０,０００μｍ未満の距離を含むが、これらに限定されない。
【００８２】
Ｎの最大値は、(１＋２(Ｒ'-Ｒ)/ｄ)に最も近い整数値であってもよく、ここで、Ｒは、レンズ１０４の入射側のＬＩＤＡＲ出力信号の直径である。ここで、Ｒ'はレンズ半径である。したがって、チップは、(１＋２(Ｒ'-Ｒ)/ｄ)に最も近い整数値以下の数の代替導波路１０２を含むことができる。いくつかの例では、Ｎは、５、１０、または５０以上であり、かつ/または１００、５００または１０００未満である。ＬＩＤＡＲ出力信号を導波路１０２のいずれに順次に導いて走査できる角度範囲(２θＮ)は、Ｎの増加により増加させることができる。したがって、dの減少により改善された分解能を得ることができ、光学システムの限界内におけるＮの増加により改善された走査範囲を得ることができる。
【００８３】
レンズ１０４が異なるファセットからのＬＩＤＡＲ出力信号を平行にするようにレンズ１０４を構成することができる。または/代わりに、1つ以上のファセットがレンズ１０４の焦点に位置するようにレンズ１０４を配置することができる。しかし、典型的には、該焦点は円弧状の線に沿って配置される。例えば、図７は、焦点距離２５ｍｍのレンズの焦点を示している。ｙ軸は、レンズの光軸からファセット１８の中心の距離を表す。該レンズは、ｘ＝０ｍｍに配置される。ファセットが該レンズの焦点に配置されるために、ファセットは、図７中に円弧状線に沿って配置される。図８Ａに示すように、ファセット１８が円弧状線(破線)に沿って配置されるようにチップを構築することができる。シリコン・オン・インシュレータ・ウェハ上に構築されたチップは、シリコン光伝送媒体中のファセット１８をエッチングすることによって、円弧状線に沿って配置されたファセット１８を備えることができる。図８から明らかなように、この配置は、ファセット１８の全部または一部がチップの縁部からまたは基板の縁部から後方に配置することになる。あるいは、チップの縁部は円弧状であってもよく、ファセット１８はチップの縁部に配置することができる。
【００８４】
円弧状焦点線に沿ってファセット１８を配置することの代わりに、または円弧状焦点線に沿ってファセットを配置することに加えて、異なる代替導波路１０２のファセットにおける出発ＬＩＤＡＲ信号の伝播方向が異なる代替導波路１０２に対して異なるように、代替導波路１０２を湾曲させることができる。例えば、図８Ｂは、出発ＬＩＤＡＲ信号が異なる方向からファセット１８に接近するように湾曲した代替導波路１０２の一部を示す。代替導波路１０２の湾曲は、他の光をレンズに結合させることができる。図８Ｂは、円弧状焦点線に沿って配置されたファセットを示しているが、該ファセットは円弧状焦点線に沿って配置される必要はない。
【００８５】
別の代替方法は、ファセット１８の少なくとも一部が円弧状焦点線を近似する線に沿って配置されるように、チップ及び/またはファセットを角度付けすることである。特に、レンズの光軸の片側のファセット１８は、円弧状焦点線を近似する線に沿って配置できる。例えば、図９は、代替導波路ｎ＝ｆ乃至ｎ＝Ｎのファセットが円弧状焦点線を近似する線に沿って配置されるように角度付けられた線に沿って配置されたファセット１８を有するＬＩＤＡＲチップを示している。しかし、代替導波路ｎ＝(ｆ-１)乃至ｎ＝１のファセットは、代替導波路ｎ＝１に近づくにつれて円弧状焦点線からさらに遠く離れるようになる。その結果、電子回路は、代替導波路ｎ＝(ｆ-１)乃至ｎ＝１の全てまたは一部を動作させることができない。あるいは、代替導波路ｎ＝１乃至ｎ＝(ｆ-１)の全部または一部を含まずにチップを構築することもできる。あるいは、該チップは、ファセットのすべて、５０％以上、または７５％以上が光軸の同じ側にあるように配置することができる。
【００８６】
ファセット１８が円弧状焦点線を近似する線に沿って配置されるようにチップを配置することは、ファセット１８の一部が円弧状焦点線の一方の側に位置し、該ファセットの別の部分が円弧状焦点線の他方の側に位置するようにチップを配置することを含むことができる。いくつかの例では、チップは、１本の線がファセットのいずれを通過できるように配置されたファセットを含み、該チップは、ファセット１８の一部が円弧状焦点線の一方の側に位置し、該ファセット１８の別の部分が円弧状焦点線の他方の側に位置し、かつ、円弧状焦点線がファセット１８を通って少なくとも２回通過するように配置される。図１０は、破線が焦点線を表し、チップの端部の一部分がファセット１８を通る線分を表している配列図を示している。ファセットは、関連する代替導波路における伝播方向に対して非垂直であることが多いので、ファセットを通る線は、各ファセットの面に平行でないことが多い。
【００８７】
レンズはチップから間隔を置いて図示されているが、レンズはチップと統合されることができる。例えば、図１１は、レンズ１０４を含むように修正された上記チップの一部を示す。該レンズは、レンズ１０４がＬＩＤＡＲ出力信号を受信するように、代替導波路のファセット１８と光学的に位置合わせされる。該レンズは、凹部１０６内に配置することができる。該チップがシリコン・オン・インシュレータ上に構築されている場合、凹部は光透過媒体の中に、またはそれを通って延在することができる。いくつかの例では、凹部は、光透過媒体を通ってベース内に延在する。例えば、該凹部は、光透過媒体を通って、埋込層の中に、またはそれを通って延在することができる。いくつかの例では、凹部は、埋め込み層を通って基板内に延在する。いくつかの例では、レンズは、マイクロ光学組立てやピックアンドプレース技術のような技術を使用してチップに取り付けられる別の構成要素である。いくつかの例では、レンズは、エッチングのような技術を用いて形成された一体型チップ部品である。例えば、チップがシリコン・オン・インシュレータ上に構築されている場合、前記光透過媒体をエッチングすることによりレンズを形成することができる。
【００８８】
チップと共に使用するのに適した光学スイッチは、熱のまたはキャリアなしの注入移相器を使用する縦に接続された２Ｘ２マッハ-ツェンダー(ＭＺ)変調器、及びマイクロリング共振器スイッチを含むが、これらに限定されない。
【００８９】
上記の説明では、レンズを再誘導構成要素として使用しているが、他の再誘導構成要素を使用することもできる。例えば、レンズの代わりにミラーを使用することができる。適切なミラーは、放物線状の曲面ミラーのような曲面ミラーを含むが、これらに限定されない。いくつかの例では、ミラーは、ＬＩＤＡＲ出力ビームをＬＩＤＡＲチップの表面の上方または下方に反射するように傾斜しており、または、角度で研磨されたファセットを使用して、ＬＩＤＡＲ出力信号を最初にチップの平面上に誘導するようにしてもよい。図１２Ａは、再誘導構成要素１０３の別の実施形態を含むＬＩＤＡＲシステムを示す。図１２Ａでは、ＬＩＤＡＲチップの一部が示されている。ＬＩＤＡＲチップの図示された部分は、ＬＩＤＡＲ出力信号を操作するために光学スイッチングを使用するように構成される。図１２Ａに示されていないチップの部分は、本特許出願の他の場所に記載されているように構築することができる。例えば、図１２Ａに示されるユーティリティ導波路１６は、図１に開示されたＬＩＤＡＲチップのようなＬＩＤＡＲチップのユーティリティ導波路１６とすることができる。
【００９０】
ユーティリティ導波路１６は、複数の代替導波路１０２のうちの１つに出発ＬＩＤＡＲ信号を誘導する光学スイッチ１００に出発ＬＩＤＡＲ信号を伝送する。出発ＬＩＤＡＲ信号を受信する代替導波路１０２は、出発ＬＩＤＡＲ信号を再誘導構成要素１０３に導く。図６の再誘導構成要素はＬＩＤＡＲチップから離れて配置されているが、図１２Ａの再誘導構成要素は該ＬＩＤＡＲチップに統合することができる。
【００９１】
電子回路は、光学スイッチ１００を動作させて、出発ＬＩＤＡＲ信号を受信する代替導波路１０２を変更することができる。したがって、該電子回路は、出発ＬＩＤＡＲ信号が代替導波路１０２のうちの特定の1つに誘導されるようにすることができる。
【００９２】
再誘導構成要素は、代替導波路のいずれか1つから出発ＬＩＤＡＲ信号を受信し、次いで、異なる代替導波路から受信された出発ＬＩＤＡＲ信号が、異なる方向で再誘導構成要素１０３から離れるように、受信された出発ＬＩＤＡＲ信号を誘導するように構成される。いくつかの例では、再誘導構成要素は、異なる方向のいずれも互いに平行でないように構成される。
【００９３】
再誘導構成要素１０３は、出発ＬＩＤＡＲ信号を操作導波路１１２に伝送された複数の出力信号に分割するスプリッタ１１０を含む。操作導波路１１２のいずれは、ファセット１８で終端する。ファセット１８を通ってチップから出る出力信号が結合してＬＩＤＡＲ出力信号を形成するように、かつ/または出発ＬＩＤＡＲ信号を効果的に再形成するように、ファセット１８は配置される。
【００９４】
隣接する操作導波路１１２のファセット１８における出力信号間の位相差がないように、スプリッタ１１０及び操作導波路１１２を構築することができる。例えば、スプリッタ１１０から出る出力信号が同相であり、操作導波路１１２がそれぞれ同じ長さを有するように、スプリッタ１１０を構築することができる。或いは、隣接する操作導波路１１２のファセット１８における出力信号間の直線的に増大する位相差が存在するように、スプリッタ１１０及び操作導波路１１２を構築することができる。例えば、操作導波路数jの位相がｆ０＋(ｊ−１)ｆとなるように、操作導波路１１２を構築することができる。ここで、ｊは１乃至Ｍの整数であり、図１２Ａに示されるように操作導波路が順次に付番されたときの操作導波路に関連する数を表す。fは、位相チューナ（以下に記載）が位相差を影響しないときの隣接する操作導波路間の位相差である。また、ｆ０は、操作導波路ｊ＝１のファセット１８における出力信号の位相である。いくつかの例では、該位相差は、操作導波路が直線的に増大する長さの差を有するように、操作導波路を構築することによって達成される。例えば、操作導波路ｊの長さは、１Ｏ＋(ｊ−１)Δｌで表すことができる。ここで、ｊは１乃至Ｍの整数であり、図１２Ａに示されるように操作導波路が順次に付番されたときの操作導波路に関連する数を表す。Δｌは、隣接する操作導波路間の長さの差である。１Ｏは、操作導波路ｊ＝１の長さである。操作導波路が同じ長さであるとき、Δｌの値はゼロであり、fの値はゼロである。適切なΔｌは、これらに限定されないが、０、または５より大きく、かつ/または１０、または１５μｍ未満を含む。適切なｆは、これらに限定されないが、０π、または７πより大きく、かつ/または１５π、または２０π未満を含む。適切なＭは、これらに限定されないが、１０、１００、または１０００より大きく、かつ/または１００００、または５００００未満を含む。
【００９５】
位相チューナ１０４は、操作導波路１０２の少なくとも一部に沿って配置することができる。位相チューナ１０４は、最初及び最後の操作導波路に沿って配置するように示されているが、これらの位相チューナは任意である。例えば、チップは、操作導波路ｊ＝１上に位相チューナを含む必要はない。
【００９６】
電子回路は、位相チューナを動作させるように構成することができ、これにより、隣接する操作導波路１０２のファセット１８における出力信号間に位相差を生成する。該電子回路は、位相差が操作導波路にわたって直線的に増加するという点で一定であるように、位相チューナを動作させることができる。例えば、電子回路は、番号ｊの操作導波路のチューナ誘起位相が（ｊ−１）αであるように位相チューナを動作させることができる。ここで、ｊは１乃至Ｍの整数であり、図１２に示されるように操作導波路１１２が順次に付番されたときの操作導波路１１２に関連する数を表す。αは、隣接する操作導波路間のチューナ誘起位相差である。したがって、番号ｊの操作導波路の位相はｆ０＋(j-１)ｆ＋(ｊ-１)αとなる。図１２は、例示を簡略化するために、４つの操作導波路のみを有するチップを示しているが、該チップは、より多くの操作導波路を含むことができる。例えば、該チップは、４つより多い操作導波路、１００より多い操作導波路、または１０００より多い操作導波路、かつ/または５０００未満の操作導波路を含むことができる。
【００９７】
電子回路は、位相チューナを動作させるように構成し、位相差αの値を調整することができる。位相差αの値を調整することは、ＬＩＤＡＲ出力信号がチップ（θ）から離れる方向を変化させる。これにより、電子回路は、位相差αを変化させることにより、ＬＩＤＡＲ出力信号を走査することができる。ＬＩＤＡＲ出力信号が走査可能な角度の範囲はΦＲであり、いくつかの例では、α＝０のときにＬＩＤＡＲ出力信号の方向に測定されるΦ＝０°のときに、Φｖから-Φｖの範囲である。Δｌの値がゼロでない場合、長さの差は、異なる波長の光が異なる方向(θ)でチップから遠ざかるように回折を引き起こす。したがって、チップから離れるにつれて、出発ＬＩＤＡＲ信号のいくらかの拡散が存在する可能性がある。さらに、回折のレベルを変化させることにより、α＝０°のときに、出発ＬＩＤＡＲ信号がチップから遠ざかる角度を変化させる。しかし、長さの差(Δｌ≠０)を有する操作導波路を設けることにより、チップ上の操作導波路のレイアウトを簡略化することができる。
【００９８】
代替導波路１０２は、異なる代替導波路１０２が出発ＬＩＤＡＲ信号をスプリッタ１１０の入射側の異なる位置に誘導するように構成される。該スプリッタは、出力信号が、出発ＬＩＤＡＲ信号がスプリッタ１１０に入射する位置に応答して変化する位相差で操作導波路１１２に入射するように構成される。その結果、出力信号間の位相差は、出発ＬＩＤＡＲ信号が、スプリッタ１１０に入射するために使用される代替導波路に基づいて変化する。スプリッタ１１０は、デマルチプレクサとは対照的に、波長に依存しなくてもよい。出発ＬＩＤＡＲ信号がスプリッタ１１０に入射する位置に応答して出力信号間の位相差が変化する、波長に依存しないスプリッタの例には、スターカプラが含まれるが、これに限定されない。
【００９９】
出力信号間の位相差は、出発ＬＩＤＡＲ信号がスプリッタ１１０に入射するために使用する代替導波路に基づいて変化するので、結果として生じる出発ＬＩＤＡＲ信号が再誘導構成要素から離れる方向は、ＬＩＤＡＲ出力信号がスプリッタ１１０に入射するために使用する代替導波路１０２の関数である。その結果、ＬＩＤＡＲ出力信号は異なる代替導波路１０２に関連付けることができる。例えば、図１２Ａは、ＬＯＳｎと表示された複数の異なるモードを含むＬＩＤＡＲ出力信号を示す。ここで、ｎが代替導波路１０２指数ｎ＝１乃至Ｎに相当する。その結果、ＬＯＳ２(ＬＩＤＡＲ出力信号モード２）の光は、指数ｎ＝２の代替導波路１０２上のスプリッタ１１０に入射し、ＬＯＳＮの光は、指数ｎ＝Ｎの代替導波路１０２上のスプリッタ１１０に入射する。ＬＯＳ１乃至ＬＯＳＮのいずれが、異なる方向に再誘導換構成要素１０３から離れるため、ＬＩＤＡＲ出力信号(出発ＬＩＤＡＲ信号)の再誘導構成要素から離れる方向が出発ＬＩＤＡＲ信号がスプリッタ１１０に入射する代替導波路１０２の変化に応じて変化する。この方向の変化は、スプリッタ１１０によって誘起される位相シフトのために生じるので、移相器１１４は、図１２Ａに示される方向の変化を引き起こすように動作または変更される必要はない。その結果、電子回路は、光学スイッチ１００が出発ＬＩＤＡＲ信号を誘導する代替導波路１０２を変更することによって、ＬＩＤＡＲ出力信号(出発ＬＩＤＡＲ信号)の方向を変更することができる。
【０１００】
光学スイッチ１００は、隣接する操作導波路のファセット１８における隣接する出力信号間の位相差に影響を与えるためにも使用できるので、隣接する操作導波路のファセット１８における隣接する出力信号間の位相差は、スプリッタ１１０の構築、操作導波路１１２の構築、任意の位相チューナ１０４の動作、及び出発ＬＩＤＡＲ信号が誘導された代替導波路１０２からなる群から選択される1つ以上の要素の関数とすることができ。その結果、ＬＩＤＡＲ出力信号が再誘導構成要素１０３から離れる方向は、スプリッタ１１０の構築、操作導波路１１２の構築、任意の位相チューナ１０４の動作、及び出発ＬＩＤＡＲ信号が誘導された代替導波路１０２からなる群から選択された１つ以上の要素の関数である。
【０１０１】
これらの要素のうちの1つ以上を用いて、出発ＬＩＤＡＲ信号の方向を調整することができる。例えば、光学スイッチ１００及び位相チューナ１０４を併用して、ＬＩＤＡＲ出力信号の方向を調整することができる。図１２ＡにおいてＬＯＳｎと表示されたＬＩＤＡＲ出力信号のいずれは、位相チューナ１０４を用いて角度範囲Φｎに亘って調整され得る。図１２ＡにおいてＬＯＳ２と表示されたＬＩＤＡＲ出力信号の角度範囲は、図１２ＢにΦ２と表示された位相チューナ１０４を用いて調整でき、また、図１２ＡにおいてＬＯＳ３と表示されたＬＩＤＡＲ出力信号の角度範囲は、図１２ＢにΦ３と表示された位相チューナ１０４を用いて調整できる。各角度範囲は、Φｎ,ａ〜Φｎ,bの角度を包含する。ここで、異なる角度範囲のいずれによって包含された角度が異なってもよいため、角度範囲がΦｎ,ａ及びΦｎ,bの値と同じ２つのものがない。図１２Ｂに示されるように、いくつかの例では、再誘導構成要素は、異なるＬＩＤＡＲ出力信号モード(ＬＯＳｎ)の角度範囲が互いに重なり合うように構成される。その結果、位相チューナ(Φｎ)に提供される操作と、光学スイッチに提供される操作とを組み合わせることにより、ＬＩＤＡＲ出力信号は、全視野にわたって連続した方向の範囲内で操作することができる。
【０１０２】
様々な手法を用いて、ＬＩＤＡＲ出力信号モード(ＬＯＳｎ)の角度範囲を増大させることができる。例えば、導波路１０２間の分離を増加させることにより、ＬＩＤＡＲ出力信号モード(ＬＯＳｎ)の角度範囲を増大させることができる。
【０１０３】
隣接する操作導波路１１２のファセット１８における隣接する出力信号間の位相差が直線的に変化するように、代替導波路１０２、スプリッタ１１０及び操作導波路１１２の構造、また任意の位相チューナ１０４の動作を選択すると、得られるＬＩＤＡＲ出力信号は平行にされる。隣接する操作導波路１１２のファセット１８における隣接する出力信号間の位相差が非直線的に変化するように、代替導波路１０２、スプリッタ１１０及び操作導波路１１２の構造、また任意の位相チューナ１０４の動作を選択すると、得られるＬＩＤＡＲ出力信号を集束させることができる。したがって、代替導波路１０２の選択、スプリッタ１１０の構築、操作導波路１１２の構築、及び任意の位相チューナ１０４の動作からなる群から選択された1つ以上の要素を構築することによって、分岐、平行、または集束のレベルを選択することができる。
【０１０４】
ＬＩＤＡＲ出力信号は、チップから離れた対象物から反射することができる。反射信号の少なくとも一部は、後方から操作導波路１１２に進み、出発ＬＩＤＡＲ信号がＬＩＤＡＲ入力信号または入射ＬＩＤＡＲ信号として生成される代替導波路１０２に入射する。代替導波路１０２は、ＬＩＤＡＲ入力信号を、ＬＩＤＡＲ入力信号をユーティリティ導波路１６に戻すように誘導する光学スイッチ１００に誘導する。そして、チップ及び電子回路は、本出願の他の箇所で説明したようにＬＩＤＡＲ入力信号を処理することができる。
【０１０５】
システムの動作中に、電子回路は、チップが所望の処理に必要とされる反射されたＬＩＤＡＲ入力信号を受信するまで、出発ＬＩＤＡＲ信号を受信する代替導波路１０２をスイッチングすることを遅延させることができる。その結果、ＬＩＤＡＲ出力信号と関連するＬＩＤＡＲ入力信号とは、同一の代替導波路１０２に誘導される。
【０１０６】
光学スイッチ１００は、同じＬＩＤＡＲチップ上に単一的に統合されてもよく、または、ＬＩＤＡＲチップから分離され、光学ファイバによって接続されてもよい。
【０１０７】
本発明のその他の実施形態、組合せ及び修正は、これらの教示に鑑みて当業者によって容易に生じるであろう。したがって、本発明は、以下の特許請求の範囲によってのみ限定される。上記の明細書及び図面と関連させる場合に、該特許請求の範囲は、全ての実施形態及び修正を含む。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【国際調査報告】
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