(57)【要約】  各々が到着光信号の一部を受信する複数の光共振器を含んだ光信号受信器及び方法が提供される。それら光共振器のうち幾つかが、キャリア波長に同調され又はそれから離調され、到着光信号における変調遷移に応答して強度変調された出力信号を生成する。検出器が、光共振器からのそれら強度変調出力信号を分析し、到着光信号の共通の最終状態をもたらす複数の異なる位相遷移を区別することによって、到着光信号における位相遷移を割り出す。
2021518082.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
到着光信号を受信し、該到着光信号を受信したことに応答して第１の出力光信号エネルギーを放出するように構成された第１の光共振器と、
前記到着光信号を受信し、前記到着光信号を受信したことに応答して第２の出力光信号エネルギーを放出するように構成された第２の光共振器と、
前記第１の出力光信号エネルギー及び前記第２の出力光信号エネルギーのうちの少なくとも一方における過渡応答に基づいて、前記到着光信号における位相遷移を割り出すように構成された検出器と、
を有する光信号受信器。
【請求項２】
前記検出器は更に、前記位相遷移の大きさ及び方向を区別し、前記位相遷移の前記大きさ及び方向を一組の候補位相遷移の中から一意に特定するように構成され、前記一組の候補位相遷移は、前記到着光信号の共通の最終状態をもたらす一組の位相遷移である、請求項１に記載の光信号受信器。
【請求項３】
前記検出器は更に、３６０°以上の位相遷移を区別するように構成される、請求項１に記載の光信号受信器。
【請求項４】
前記第１及び第２の光共振器の各々が、２つの半反射面を持つエタロンであり、前記半反射面は、前記半反射面の各々に衝突する光信号エネルギーの一部を反射することによって、前記光信号エネルギーを少なくとも部分的にトラップするように構成される、請求項１に記載の光信号受信器。
【請求項５】
当該光信号受信器は更に、
前記到着光信号を受信し、前記到着光信号を受信したことに応答して第３の出力光信号エネルギーを放出するように構成された第３の光共振器、
を有し、前記検出器は、前記第１の出力光信号エネルギー、前記第２の出力光信号エネルギー、及び前記第３の出力光信号エネルギーのうちの少なくとも２つの間の比較に少なくとも部分的に基づいて、前記位相遷移を割り出すように構成される、請求項１に記載の光信号受信器。
【請求項６】
光信号にエンコードされた情報を検出する方法であって、
複数の光共振器の各々において前記光信号の一部を受信し、
前記複数の光共振器の各々からのそれぞれの出力光信号を分析し、且つ
前記出力光信号のうちの１つ以上の出力光信号の強度レベルにおける１つ以上の違いに基づいて、前記光信号における位相遷移を割り出す、
ことを有する方法。
【請求項７】
前記位相遷移を割り出すことは、前記位相遷移の大きさ及び方向を一組の候補位相遷移の中から一意に特定することを含み、前記一組の候補位相遷移は、前記到着光信号の共通の最終状態をもたらす一組の位相遷移である、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記位相遷移を割り出すことは、３６０°以上の位相遷移を区別することを含む、請求項６に記載の方法。
【請求項９】
前記複数の光共振器の各々が、２つの半反射面を持つエタロンであり、
当該方法は更に、
前記半反射面の各々に衝突する光信号エネルギーの一部を反射することにより、前記複数の光共振器の各々の内部で光信号エネルギーを共振させることによって、前記複数の光共振器の各々からの前記それぞれの出力光信号を生成する、
ことを有する、請求項６に記載の方法。
【請求項１０】
情報を伝送する方法であって、
初期位相及び初期振幅を持つ初期状態を光信号に与えることと、
第１の情報シンボルを表すように、第１の位相変化量及び第１の位相変化方向を持つ第１の位相遷移を通じて、前記光信号を前記初期状態から最終状態へと変調することと、
前記第１の情報シンボルとは異なる第２の情報シンボルを表すように、第２の位相変化量及び第２の位相変化方向を持つ第２の位相遷移を通じて、前記光信号を前記初期状態から前記最終状態へと変調することと、
を有する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この出願は、２０１８年４月１２日に出願された米国仮出願第６２／６５６，８２１号の利益を主張するものであり、あらゆる目的のためにその全体をここに援用する。
【背景技術】
【０００２】
光波は、例えば振幅、位相、周波数、波長などの光の様々な特性を変化させるように、レーザ光源であることが多い光源を変調することによって、情報を搬送するようにされ得る。光波は、可視スペクトル帯、赤外スペクトル帯、又は電磁スペクトルの別の領域内にあり得る。一部のケースにおいて、例えば無線周波数信号などの基礎信号が、振幅変調、位相変調、若しくは周波数変調、又はこれらの組み合わせを介して変調され、そして、該基礎信号によって光源が変調され得る。光受信器が、光波を受けて、振幅、位相遷移、及びこれらに類するものなどの光波の特性又は変化を測定し、該特性又は変化から基礎信号及び情報が復元され得る。
【０００３】
光変調の様々な形態は、コヒーレント光の位相変化を含む。エンコードされた情報は、伝送された通信データを含むことができ、あるいは、例えば、光信号のソース、光信号と物体との相互作用、それを通って光信号が進んだ光チャネル、及び／又は光信号が相互作用した物体、に関する情報などの、他の情報を含むことができる。位相変化を復調することができる従来の受信器は非常に複雑であり、精密な光学系、ローカル発振器、回折格子（例えば、ファイバブラッググレーティングなど）、及び／又は遅延線干渉計（delay  line  interferometer；ＤＬＩ）などを必要とし得る。高次のコヒーレントにエンコードされた信号用の受信器は、従来、ローカル発振器（ＬＯ）として機能する周波数制御レーザ、複数の検出器、及び相当なデジタル信号処理（ＤＳＰ）を必要とする。
【発明の概要】
【０００４】
ここに記載される態様及び例は、光信号における位相変化の復調のためのシステム及び方法を提供する。特に、特定の例は、位相エンコードされた光信号を１つ以上の強度エンコードされた光信号へと変換するための、例えばファブリーペローフィルタ／共振器、マイクロリング、又は他の共振器などの光共振器を有する受信器を含む。強度エンコードされた光信号は、容易に電気信号に変換されて、元々受信された光信号における位相変化を割り出すように処理され得る。光共振器を使用するここでのシステム及び方法はまた、変更なく、広範囲の変調速度にわたって機能し得る。
【０００５】
様々な例において、到着光信号と相互作用するように２つ以上の光共振器を使用することができ、該２つ以上の光共振器からの応答（例えば、放出される強度エンコードされた光）の処理及び比較を通じて、広い位相変化（例えば、３６０°以上）を決定及び区別することや、位相変化が発生／到着するときの光信号の光共振器との相互作用による位相変化の方向を区別する（例えば、位相前進を位相後退から区別する）ことを含め、到着光信号における位相変化に関して様々な情報を割り出し得る。
一態様によれば、光信号受信器が提供され、当該光信号受信器は、到着光信号を受信し、該到着光信号を受信したことに応答して第１の出力光信号エネルギーを放出するように構成された第１の光共振器と、前記到着光信号を受信し、前記到着光信号を受信したことに応答して第２の出力光信号エネルギーを放出するように構成された第２の光共振器と、第１の出力光信号エネルギー及び第２の出力光信号エネルギーのうちの少なくとも一方の過渡応答に基づいて、到着光信号における位相遷移を割り出すように構成された検出器と、を含む。
【０００６】
一部の実施形態において、検出器は、到着光信号の共通の最終状態をもたらす複数の位相遷移を区別する。
【０００７】
一部の実施形態において、検出器は、３６０°以上の位相遷移を割り出す。
【０００８】
特定の例において、第１及び第２の光共振器の各々が、２つの半反射面を持つエタロンであり、半反射面は、半反射面の各々に衝突する光信号エネルギーの一部を反射することによって、光信号エネルギーを少なくとも部分的にトラップするように構成される。
【０００９】
特定に実施形態は、第３の光共振器を含み、検出器は、第１の出力光信号エネルギー、第２の出力光信号エネルギー、及び第３の光共振器からの第３の出力光信号エネルギーのうちの少なくとも２つの間の比較に少なくとも部分的に基づいて、位相遷移を割り出すように構成される。
【００１０】
他の一実施形態によれば、光信号にエンコードされた情報を検出する方法は、複数の光共振器の各々において光信号の一部を受信することと、複数の光共振器の各々からのそれぞれの出力光信号を分析することと、出力光信号のうちの１つ以上の出力光信号の強度レベルにおける１つ以上の違いに基づいて、光信号における位相遷移を割り出すことと、を含む。
【００１１】
一例において、位相遷移を割り出すことは、位相遷移の大きさ及び方向を一組の候補位相遷移の中から一意に特定することを含み、一組の候補位相遷移は、到着光信号の共通の最終状態をもたらす一組の位相遷移である。位相遷移を割り出すことは、３６０°以上の位相遷移を区別することを含み得る。
【００１２】
特定の例において、複数の光共振器の各々が、２つの半反射面を持つエタロンであり、当該方法は、半反射面の各々に衝突する光信号エネルギーの一部を反射することにより、複数の光共振器の各々の内部で光信号エネルギーを共振させることによって、複数の光共振器の各々からのそれぞれの出力光信号を生成することを含む。
【００１３】
他の一実施形態によれば、情報を伝送する方法は、初期位相及び初期振幅を持つ初期状態を光信号に与えることと、第１の情報シンボルを表すように、第１の位相変化量及び第１の位相変化方向を持つ第１の位相遷移を通じて、光信号を初期状態から最終状態へと変調することと、第１の情報シンボルとは異なる第２の情報シンボルを表すように、第２の位相変化量及び第２の位相変化方向を持つ第２の位相遷移を通じて、光信号を初期状態から最終状態へと変調することと、を有する。
【００１４】
更なる他の態様、例、及び利点が、以下にて詳細に説明される。ここに開示される実施形態は、ここに開示される原理のうちの少なくとも１つと一貫したやり方で他の実施形態と組み合わされることができ、“実施形態”、“一部の実施形態”、“代替実施形態”、“様々な実施形態”、“一実施形態”、又はこれらに類するものへの言及は、必ずしも相互に排他的なものではなく、記載される特定の特徴、構造、又は特性が、少なくとも１つの実施形態に含まれ得ることを指し示すことを意図したものである。ここにこれらの用語が複数現れることは、必ずしも全てが同じ実施形態に言及しているわけではない。ここに記載される様々な態様及び実施形態は、記載される方法又は機能のいずれかを実行する手段を含み得る。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
以下、縮尺通りに描くことは意図していない添付の図面を参照して、少なくとも１つの実施形態の様々な態様を説明する。図面は、様々な態様及び実施形態の例示及び更なる理解を提供するために含められており、この明細書に組み込まれてその一部を構成するが、本開示の限定を規定するものとして意図したものではない。図面において、様々な図に示される同じ又は略同じ構成要素は各々、似通った参照符号によって表される。明瞭さの目的のため、全ての図で全ての構成要素にラベルを付すことはしていない場合がある。
【図１Ａ】図１Ａ−１Ｆは、様々な光信号位相遷移を示す極線図である。
【図１Ｂ】図１Ａ−１Ｆは、様々な光信号位相遷移を示す極線図である。
【図１Ｃ】図１Ａ−１Ｆは、様々な光信号位相遷移を示す極線図である。
【図１Ｄ】図１Ａ−１Ｆは、様々な光信号位相遷移を示す極線図である。
【図１Ｅ】図１Ａ−１Ｆは、様々な光信号位相遷移を示す極線図である。
【図１Ｆ】図１Ａ−１Ｆは、様々な光信号位相遷移を示す極線図である。
【図２】ここに記載される様々な例に従った光受信器のブロック図である。
【図３】光共振器の一例の概略図である。
【図４】複数の光共振器からの一組の出力信号のグラフである。
【図５】複数の光共振器からの一組のフィルタリングされた出力信号のグラフである。
【図６Ａ】図６Ａ−６Ｂは、光共振器を利用する光受信器部分の例の概略図である。
【図６Ｂ】図６Ａ−６Ｂは、光共振器を利用する光受信器部分の例の概略図である。
【図７】光共振器を利用する光受信器部分の他の一例の概略図である。
【図８】ここに記載されるプロセスの様々な例を実装するように構成され得るコンピューティングシステムの一例の機能ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
ここに記載される態様及び例は、光信号における位相変化の復調のためのシステム及び方法を提供する。特に、特定の例は、位相エンコードされた光信号を１つ以上の強度エンコードされた光信号へと変換するための、例えばファブリーペローフィルタ／共振器、マイクロリング、又は他の共振器などの光共振器を有する受信器を含む。強度エンコードされた光信号は、容易に電気信号に変換されて、元々受信された光信号における位相変化を割り出すように処理され得る。光共振器を使用するここでのシステム及び方法はまた、変更なく、広範囲の変調速度にわたって機能し得る。
【００１７】
ここに記載されるシステム及び方法は、従来の位相変化を検出することができるだけでなく、それらの遷移が初期位相に対して同じ結果の位相を生み出す場合であっても、正の位相遷移（例えば、位相前進）を負の位相遷移（例えば、位相後退）から区別することもできる。従来の位相復調受信器は、初期（遷移前）位相に対する結果位相の比較をインスタンス化しており、従って、各々が同じ最終信号位相（例えば、遷移前の初期位相などの基準に対して）をもたらす例えば＋３６０°遷移を−３６０°遷移から区別することができない。
【００１８】
従って、ここでのシステム及び方法は、＋１８０°位相遷移を−１８０°位相遷移から区別することができ、＋３６０°位相遷移を−３６０°位相遷移から区別することでき、等々である。さらに、ここでのシステム及び方法は、＋７２０°位相遷移を＋３６０°位相遷移から区別するために使用されてもよい。一般に、概して、ここに記載されるシステム及び方法は、以下に限られないが例えば＋９０°／−２７０°、−９０°／＋２７０°、＋１８０°／−１８０°、＋３６０°／−３６０°、＋５４０°／＋１８０°／−１８０°、＋７２０°／＋３６０°／−３６０°など、等しい結果位相を生み出す幾つもの位相遷移を区別するために有利に適用され得る。その他の等しい結果位相の例は、９０°の倍数である位相遷移に限らず、例えば、＋５２°／−３０８°、＋１３２°／−２２８°、−２７°／＋３３３°、及びこれらに類するものを更に含む。等しい結果位相を生み出す位相遷移には無限の数の組み合わせが存在し、それらの各々が、ここに記載される態様及び実施形態に従ったシステム及び方法の適用によって区別され得る。
【００１９】
従って、ここに記載されるシステム及び方法は、光信号に情報エンコードする新たな手法を可能にする。何故なら、例えば＋３６０°位相遷移が、−３６０°位相遷移とは異なる意味を持つように伝送されることができ、そして、ここに記載されるシステム及び方法を使用する受信器が、そのような遷移を区別する（及びその適切な解釈を可能にする）ことができるからである。従って、例えば直交振幅変調（ＱＡＭ）及びこれに類するものなどの様々な符号化コンステレーションが、拡張された意味をとることができる。伝わるものがどのようにしてそのコンステレーションポイントに到達したのか基づいて、コンステレーション上のある特定のポイントが異なるシンボルを指し示し得る。例えば、反時計回り（正の）位相遷移に対しての時計回り（負の）位相遷移、又はそのコンステレーションポイントに到達する前に（例えば、極座標系の周りで）完全な位相回転を行う位相遷移といったものである。また、リモートセンシング及び／又はイメージングシステムは、物体と相互作用する光信号を用いて物体の様相（例えば、大きさ、速さ、形状、方向、材料など）をセンシングすることがあり、一部の相互作用は、伝統的な位相復調技術では区別することが困難な位相変化を生じさせることがあるが、ここに記載されるものに従ったシステム及び方法を用いることで、そのようなさもなければ等価な位相遷移又は変化を区別することができる。
【００２０】
特定の例において、システムは、受信した位相遷移を出力における強度変化へと変換する例えばファブリーペローフィルタ／共振器、光ファイバループ、又は光ファイバマイクロリングなどの２つ以上の光共振器を含む。一部の例において、出力信号レベルはまた、受信信号の振幅変化も指し示し得る。従って、２つ以上の光共振器からの強度変化の分析が、受信光信号の様々な位相及び振幅遷移の割り出しを可能にし、それにより、受信光信号を復調することを可能にする。態様及び実施形態は、変換器素子としてこのような光共振器を含み且つ／或いは到着光信号における位相変化を割り出すための共振器出力信号の処理を含む受信器に向けられる。
【００２１】
光共振器からの出力強度の違いは、例えば、到着光信号（例えば、位相、振幅）における変化、共振器（例えば、ファブリーペローエタロン、マイクロリング）の光学長、並びに光共振器の吸収、反射、及び他の特性の組み合わせなど、様々なパラメータに依存し得る。特定の実施形態は、２つ以上のエタロンを含む復調器を提供する。特に、特定の実施形態によれば、３つのエタロンの使用であって、それらのうちの１つが、（可能性として入射角も考慮に入れて）到着光信号の公称波長の整数倍に等しい実効ラウンドトリップ長を有することができ（例えば、エタロンが同調され）、それ以外が到着光信号と同調されていない、３つのエタロンの使用で、復調に十分である。例えばデジタル又は他の処理による、２つ又は３つのエタロンの出力の分析が、到着光信号における位相変化の復調を可能にする。
【００２２】
ここに記載される態様及び実施形態は、種々の光共振器を用いて複雑な符号化フォーマットの復調を可能にする。このアプローチは、処理電力及びハードウェア要求も低減させながら、受信器内の基準レーザ源、ファイバカプラ、位相シフタなどの必要性を排し得る。
【００２３】
光信号は、様々なソース及び／又はプロセスを介して位相及び／又は振幅変調され得る。例えばレーザビームなどのコヒーレント光信号が、伝達される情報を光信号上にエンコードするように、例えばデータ通信送信器によって、意図的に変調され得る。多数のプロセスが、コヒーレント光源を位相及び／又は振幅変調することができ、そこから、変調された光信号の適切な復調（例えば、解釈）によって、そのプロセスに関する情報が復元され得る。例えば、様々な測定システムは、光信号を送信し、反射信号を分析して寸法、動き、欠陥などを割り出し得る。位相及び／又は振幅変調された光信号の復調が有益であり得る様々なシステムの例は、標的照射器、レーザ誘導システム、レーザ照準器、レーザスキャナ、３Ｄスキャナ、ホーミングビーコン及び／又は測量システム、並びに通信システムを含む。これらの例のうちの一部において、光信号は、自由空間信号経路（例えば、自由空間光通信、ＦＳＯ）又はファイバ若しくは他の導波システムを介して到着し得る。ここに開示される態様及び例に従った、位相及び／又は振幅変調された光信号の復調のためのシステム及び方法は、光信号から有用な情報を受信、検出、復元などするために、上述の光学システムのいずれか又はその他に有益に適用され得る。
【００２４】
理解されるべきことには、ここで説明される方法及び装置の実施形態は、適用において、以下の記載に説明され又は添付図面に図示される構成の詳細及び構成要素の配置に限定されるものではない。これらの方法及び装置は、他の実施形態での実装も可能であり、また、様々なやり方で実施あるいは実行されることが可能である。具体的な実装の例が、単に例示の目的でここに提供されるが、限定することを意図したものではない。また、ここで使用される言葉遣い及び用語は、記述目的でのものであり、限定するものとして見なされるべきでない。“含む”、“有する”、“持つ”、“含有する”、“伴う”及びこれらの変形のここでの使用は、その後に挙げられる品目及びそれらの均等物並びに更なる品目を含む意味である。“又は”への言及は、“又は”を用いて記載される項目が、記載される項目のうちの、単一の、１つよりも多くの、及び全ての、の何れかを指し示し得るように、包含的なものとして解釈され得る。前及び後ろ、左及び右、頂部及び底部、上側及び下側、並びに縦方向及び横方向の如何なる参照も、説明の便宜のためであり、本システム及び本方法又はそれらのコンポーネントを何らかの１つの位置的又は空間的な向きに限定するものではない。
【００２５】
この開示の目的では、当業者に理解されることになるように、光、光信号、及び光学信号なる用語はここでは相互に交換可能に使用されることがあり、概して、所与の媒体中を伝播する電磁信号を指し、該所与の媒体は、例えば真空である何もない空間であってもよいし、例えば空気である大気であってもよいし、例えばファイバ若しくは他の光学コンポーネントなどのその他の媒体であってもよい。光、光信号、及び光学信号なる用語は、例えば周波数若しくは波長、バンド、コヒーレンス、スペクトル密度、品質係数などの光の特定の特性を意味するものではなく、電波、マイクロ波、赤外、可視、及び／又は紫外の電磁放射、又は光学分野で従来から処理されているその他の非電離電磁放射を含み得る。従って、ここに記載されるものと同様の方法で好適な共振器と相互作用することができる如何なる好適な電磁放射線も、光、光信号、又は光学信号という用語に含まれ得る。また、位相変化、位相遷移、位相シフトなる用語は、文脈によって別のことが明瞭に指し示されない限り、ここでは相互に交換可能に使用される。
【００２６】
様々な実施形態において、システム及び方法は、２つ以上の光共振器に基づき、そこから、それらの出力の解釈が、到着光信号における位相変化の特定をもたらし得る。一部の例において、第１の共振器が、位相遷移の量に関する情報を提供し得るとともに、別の共振器が、位相遷移の方向（例えば、符号）に関する情報を提供し得る。他の例では、いずれの特定の共振器も位相シフトの量又は方向のいずれかに関する完全な情報を与えることなく、位相シフトの量及び方向を割り出すように光共振器からの２つ以上の出力信号が分析／解釈され得る。様々な実施形態において、それら共振器のうち１つ以上が、到着光信号に同調され得るとともに、それら共振器のうち他のものは離調され得る。他の実施形態では、１つ以上の共振器の各々が離調されてもよい。特定の実施形態は、いずれも必ずしも正確な波長に同調されるわけではない２つ以上の光共振器を含むが、受信光信号波長からの離調の量が、共振器のリアルタイム出力に基づいて区別され得る。様々な実施形態において、光共振器は、正確な伝送速度又は正確な光波長に同調される必要はない。
【００２７】
従って、ここに開示される態様及び実施形態は、基準レーザ波長の同期の必要性を排除し、レーザがローカル発振器として機能する必要性を排除し、光ファイバ内での偏光ドリフトに関連する問題を排除し、偏光効果に対処するために必要な検出器の数を減らし、高次コヒーレント復調に必要なプロセッサの量及び／又はＤＳＰ複雑性を低減させ、及び／又は、例えば伝送速度に一致するためなどで正確な光学遅延を必要とするのでなく、同じハードウェアで可変伝送速度を可能にし得る。
【００２８】
図１Ａ−１Ｆは、様々な変調スキーム及び／又は光信号と物体との相互作用、又は光信号を変調し得る他のプロセスに適用可能であり得る位相遷移の例を示している。例えば、極座標チャート上の基準点１１０が、光信号の（位相遷移前の）開始位置を表し得る。点１２０における光信号は、特定の振幅Ａ及び位相Φを持つ光信号を表す。例えば図１Ａの０°の基準点１１０から点１２０への遷移など、ある点から別の点への遷移は、振幅の変化、位相の変化、又はこれら両方を含み得る。
【００２９】
ここでの態様及び実施形態に従った到着光信号の復調は、コンステレーション中で光信号が通った経路（例えば、極座標系の周り）の特性を割り出すことで、単にコンステレーションにおけるどの点が現在光信号によって占有されているのかということを超える追加の情報を割り出し得る。ここに記載される態様及び実施形態は、位相変化の様相を割り出すことに向けられるが、記載されるシステム及び方法に従った概念の適用はまた、位相変化と共に、極座標系内での光信号の経路を特定し得る振幅変動の様相を割り出すことにも適用され得る。
【００３０】
図１Ｂは、光信号が、基準点１１０から、基準点の０°位相に対して１８０°の位相を持つ新たな点１３０に変化するときに起こり得る位相遷移の２つの例を示している。光信号は、Δφ＝＋１８０°の位相遷移１３２を介して位相を増加（例えば、位相前進）させて反時計回りに進むことができ、あるいは、光信号は、Δφ＝−１８０°の位相遷移１３４を介して位相を減少（例えば、位相後退）させて時計回りに進むことができる。これら２つの位相遷移１３２、１３４の各々が、同じ点１３０に到達する。例えば基準点１１０から±５４０°及びその他といった、他の位相遷移も点１３０に到達し得る。光信号の従前状態（例えば、点１１０）に対しての光信号の最終状態（例えば、点１３０）に基づいて動作する従来の位相復調方法は、これら２つの異なる位相遷移１３２、１３４の間で区別を行うことができない。しかしながら、ここに記載されるシステム及び方法に従った態様及び実施形態は、到着光信号が位相遷移の間に光共振器と相互作用することを伴って、＋１８０°の位相遷移１３２（例えば、位相前進）が起こったのか、それとも−１８０°の位相遷移１３４（例えば、位相後退）が起こったのかの特定を可能にし、及び／又は、どちらが起こったのかを特定するための、光共振器からの出力信号の分析を伴う。
【００３１】
図１Ｃは、例えば＋９０°位相遷移若しくは−２７０°位相遷移又はその他といった、やはり複数の異なる位相遷移によって至られ得る点１４０を示している。同様に、図１Ｄは、例えば＋２７０°位相遷移若しくは−９０°位相遷移又はその他といった、複数の異なる位相遷移によって至られ得る点１５０を示している。図１Ｅは、光信号が基準点（開始点）１１０に（反時計回りに）戻り得る＋３６０°の位相遷移を示し、図１Ｆは、光信号が基準点（開始点）１１０に（時計回りに）戻り得る−３６０°の位相遷移を示している。従来の受信器は、図１Ｅ及び１Ｆに示される位相遷移を区別することができない、あるいは、少なくとも、到着光信号の最終状態がその元の状態と同じであるために、位相遷移が起こったことを検出することさえできない。しかしながら、ここに記載されるシステム及び方法に従った態様及び実施形態は、位相遷移を通じて（位相遷移中に）到着光信号の特性を検出し、＋３６０°位相遷移を−３６０°位相遷移から区別することができ、さらに、もっと大きい位相遷移（３６０°を超える）を割り出すことができる。
【００３２】
コンステレーション上又は極座標系上のいずれの点も２つ以上の位相遷移によって至られることができ、いずれの点に至ることにも、無限の数の位相遷移が利用可能である。ここに記載されるものに従ったシステム及び方法は、光信号の開始特性及び最終特性のみで評価されるときには等価となってしまう異なる位相遷移のセットを区別することができる。
【００３３】
光共振器と相互作用する到着光信号における位相遷移は、光共振器からの出力信号に過渡的な乱れを引き起こし得る。到着光信号における位相遷移に応答しての、２つ以上の光共振器の各々の出力信号における過渡的な乱れが、位相遷移（その例を上述した）の詳細を割り出すために、記載される方法に従って分析され得る。
【００３４】
図２は、ここで説明される様々な例に従った光受信器２００の一例を示している。図示した受信器２００は、光信号２１０を受信し、また、光共振器２３０と、出力２７０を提供するデジタル処理サブシステム２５０とを含んでいる。光共振器２３０は、例えば、光電変換器２４２及びアナログ−デジタル変換器２４４によってデジタル処理サブシステム２５０に結合され得る。
【００３５】
光共振器２３０の例は、ファブリーペローエタロン、マイクロリング、又は他のタイプの共振器を含み得る。光共振器２３０は、受信した光信号２１０の変調を表す例えば位相遷移などの遷移を検知することができるとともに、該遷移を例えば出力光信号２３２といった出力光信号の強度変調へと変換することができるコンポーネントである。光共振器２３０は、部分的に、光共振器２３０内に構築又は保持される光信号エネルギーとの到着光信号２１０の相互作用によって、到着光信号２１０の変調を変換する。
【００３６】
光共振器２３０によって受信される光信号は、定常的なエネルギー保存状態を確立することができ、該状態では、光信号エネルギーが共振器に連続して到着し、共振器内部に存在する蓄積エネルギーへと蓄積し又は足し合わさり、そして、一定の割合で共振器から出てくる。光信号の到着位相、周波数、又は振幅の変化が、定常状態を中断させることがあり、それにより、定常状態が再構築されるまで、共振器から出てくる光強度が中断される。従って、到着光信号２１０の位相、周波数、又は振幅における変化は、出てくる光信号２３２の強度における変化を引き起こす。例えば、到着光信号２１０における大きい位相遷移は、出てくる光信号２３２における大きい（しかし一時的な）強度変化を引き起こし得る。例えばエタロン、光ループ、マイクロリング、又は他の光共振器などの様々な共振器タイプで、同様の動作が起こり得る。従って、光共振器２３０は、光信号２１０用の復調器又は変調コンバータとして機能する。出てくる光信号２３２は、それ故に、強度変調された形態ではあるが、到着した光信号２１０と同じ情報コンテンツを担持し得る。
【００３７】
出てくる強度変調された光信号２３２は、例えばフォトダイオードなどの光検出器を含み得るものである例えばＯＥＣ２４２といった光電変換器、によって、電気信号へと変換され得る。従って、ＯＥＣ２４２の出力は、強度変調された光信号２３２を表す振幅変調信号であることができ、例えばＡＤＣ２４４といったアナログ−デジタル変換器によってデジタル形式に変換され得る。このデジタル信号が、デジタル処理のためにデジタル処理サブシステム２５０に提供される。デジタル処理サブシステム２５０は、デジタル信号を処理して、光信号２１０の情報担持コンテンツを取り出す。
【００３８】
様々な例において、ここに開示される態様及び例に従った受信器は、上述したものよりも追加の又はより少ない光学系を含むことができ、上述したものに対して様々なコンポーネントを省略又は追加し得る。例えば、光共振器２３０から出てきた光信号２３２を受けて、光信号２３２をＯＥＣ２４２上にフォーカシングするために集束光学系が含められてもよい。特定の例は、アナログ受信器回路を使用してもよく、従って、ＡＤＣ２２４を省略し得る。様々な例は、技術的に知られているように位相回転又は他の信号調整を提供するために、デジタル処理サブシステム２５０の一部としてチャネル推定器を含み得る。
【００３９】
上述のように、好適な光共振器は、エタロン、マイクロリング、又は他の構造を含み得る。エタロンの少なくとも１つの例の一部詳細を、ここに記載される態様及び実施形態に従った光共振器２３０として使用され得るエタロン３００の例を示すものである図３に関して説明する。特に、エタロン３００は、受信光信号２１０の位相変調を出力光信号２３２の強度変調又は振幅変調へと変換するために使用され得る。そして、強度変調又は振幅変調された出力光信号２３２が、一部の実施形態において、上述のように電気信号へと変換され得る。エタロン３００は、受信光信号２１０における位相遷移に応答して出力強度変化を呈する。
【００４０】
エタロン３００は、光信号エネルギーを内部３０４に反射する半反射面３０６、３０８を備えた内部３０４を含む。入力側３１２は、例えば光信号２１０などの光信号エネルギーが内部３０４に入ることを許す。それにより、入力側３１２は、到着した光信号２１０がそれを通って受信される開口を形成する。出力側３２２は、少なくとも部分的に、トラップされた光信号エネルギーの一部が内部３０４から例えば出力光信号２３２などの出力光信号として出てくることを可能にする半反射面３０６の作用によって、光出力を形成する。従って、半反射面３０６はまた、（内部３０４から）半反射面３０６に到着した光信号エネルギーが、部分的に内部３０４へと反射され返すとともに、部分的に出力側３２２に透過されるよう、半透過性でもある。エタロン３００は、様々なレベルの反射率の半反射面３０６、３０８を有し得る。特定の例において、反射率は、内部３０４へと反射され返す光振幅の割合として表されることができ、あるいは、内部３０４へと反射され返す光強度の割合として表されることができる。特定の一例において、第１の半反射面３０８の振幅反射率はｒ１＝０．９９９とすることができ、第２の半反射面３０６の振幅反射率はｒ２＝０．９８５とすることができる。他の例において、第１及び第２の半反射面の各々の反射率は異なることができ、特定の実装に適した値とし得る。図４−図５に示す様々な例において、反射面３０６、３０８の各々は、反射面３０６、３０８のいずれかとの各相互作用において、光エネルギーの約７０％が反射される（又は様々な例において、５０％から８５％以上が反射される）ように、ｒ１＝ｒ２＝０．７０７なる強度反射率を有し得る。他の例では、設計基準を変えることによって如何なる好適な反射率が確立されてもよい。エタロン３００は、ここに記載される態様及び実施形態に従った好適な光共振器の一例である。
【００４１】
この開示全体を通しての用語“エタロン”の使用は、限定することを意図するものではなく、ここで使用されるとき、反射面を持つプレート並びに間に様々な材料を持つ平行ミラーを含め、複数の構造のいずれを含んでもよく、また、キャビティ、干渉計、及びこれらに類するものとして参照されてもよい。さらに、エタロン構造は、ラミネート、層、フィルム、コーティング、これらに類するものとして形成され得る。
【００４２】
ここでの光共振器は、従来特性の構造だけでなく、９５％から９８％以上の範囲内の反射率を持ち得るものである従来例と比較して比較的低いとし得る５０％から８５％以上の範囲内の内部反射率を含み得る構造を含む。様々な実施形態において、比較的低い反射率値を持つ光共振器は、より強い定常モードを呈し得る比較的高い反射率値を持つ光共振器と比較して、いっそう過渡的なモード特性を呈し得る。
【００４３】
一部の例において、エタロンは、同一平面上にない及び／又は同一直線上にない反射面（半反射面を含む）を含んでもよい。例えば、エタロンのある内部反射面が幾分の湾曲を含むことができ、そして、対向する表面も、一部の例においてエタロンの様々な領域にわたって２つの表面間の距離が実質的に一定であるように湾曲されることができる。他の例において、エタロンは、同一直線上にない又は同一平面上にない表面を有して、様々な領域で表面間の距離が変化しながら、なお、様々な波長に対して様々な領域で、ここで説明される例での使用に適した光共振器として機能し得る。従って、エタロンは、特定の例において、ある表面に適合するように、あるいは、異なる波長に応じて又は所与の波長で異なる到着角度に応じて様々な領域を持つように、目的をもって設計され得る。
【００４４】
様々な実施形態において、光ループ又はマイクロリングも好適な光共振器であることができ、１つ以上の導波路から形成され、うち少なくとも１つが、ループを“ぐるりと”横断する光信号エネルギーが１つ以上の波長でループの寸法と位相整合され得るような閉ループである。従って、ループを横断する光信号エネルギーが、特定の周波数（波長）においてそれ自身と建設的又は相殺的に干渉することができ、そのような建設的又は相殺的な相互作用が、到着光信号の位相変化によって乱され得る。従って、到着光信号を復調するために、到着光信号における位相及び振幅の変化が検出されて解釈され得る。同様に、エタロン３００は、エタロンを横断する光信号エネルギーが同様の方法でそれ自身と建設的又は相殺的に干渉し得るように、一部の光信号エネルギーをトラップ又は蓄積する。
【００４５】
特定の例によれば、例えばエタロン３００などの光共振器は、入力信号に基づいて定常出力信号を発生し、入力信号の変調が生じるまで所定レベルの出力信号を維持する。入力信号に位相変調が発生すると、自己干渉（建設的又は相殺的）が、出力信号の強度に位相依存の過渡的な乱れを生じさせ得る。このような過渡的な乱れは、更に詳細に後述するように、エタロン（又は他の光共振器）の同調に依存し得る。従って、エタロン３００は、受ける光信号波長λ、入射角、又は他のファクタに対して、同調の様々な状態を有し得る。例えば、同調されたエタロンは、例えばＬ＝ｎλ／２など、半波長の整数倍である光学的な内部寸法３０２（例えば、内部３０４の材料中での光の速さに基づく）を有し得る。離調されたエタロンは、例えばＬ＝ｎλ／２＋εなど、僅かに大きい寸法を持つことによって正側に離調され、又は、例えばＬ＝ｎλ／２−εなど、僅かに小さい寸法を持つことによって負側に離調され得る。一部の実施形態において、寸法の異なりεは、例えばε＝λ／８など、１／８波長の公称値を有し得る。他の実施形態において、寸法の異なりは、例えばε＝λ／１０など、１／１０波長の公称値、又はε＝λ／１２など、１／１２波長の公称値を有し得る。他の実施形態は、異なる公称寸法異なりεを有してもよく、また、寸法異なりεは、様々な実施形態においてもっと精密なものであってもよいし、あまり精密なものでなくてもよい。
【００４６】
特定の波長又は入射角に対して正側に離調された光共振器は、別の波長又は角度に対して負側に離調された光共振器であり得る。一部の実施形態において、特定の波長に対する同調は、２つ以上の光共振器間での同調における差よりも重要ではないことがある。例えば、上述の正側に離調された共振器寸法及び負側に離調された共振器寸法は、これらの光共振器のいずれかにおいてどの波長が共振を生じ得るかに関係なく、２つの光共振器に関して、互いに対して２εだけ離調されているとして等価的に記述され得る。同調された共振器の動作並びに同調された共振器を離調された共振器とともに用いることによって位相変調を検出及び復調することの更なる詳細は、“SYSTEMS  AND  METHODS  FOR  DEMODULATION  OF  PSK  MODULATED  OPTICAL  SIGNALS”と題されて２０１７年１０月５日に出願された米国特許出願第１５／７２５，４５７号、及び“DEMODULATION  OF  QAM  MODULATED  OPTICAL  BEAM  USING  FABRY-PEROT  ETALONS  AND  MICRORING  DEMODULATORS”と題されて２０１７年１１月１７日に出願された米国特許出願第１５／８１６，０４７号に見出すことができ、それらの各々を、あらゆる目的のためにその全体にてここに援用する。
【００４７】
上述のように、到着光信号は、特定の初期状態から特定の最終状態に到達するのに様々な位相遷移のいずれかを受けているので、到着光信号の初期状態及び最終状態に基づいて位相遷移を決定するシステムによってでは、様々な位相遷移を検出することができない。従って、図４及び図５を参照して、ここでのシステム及び方法がどのようにして異なる位相遷移を区別し得るのかに焦点を当てて、多様な異なる位相遷移を説明する。
【００４８】
図４は、到着光信号における様々な位相遷移に応答しての、例えばエタロン３００などの様々な同調されたエタロン及び離調されたエタロンからの幾つかの出力光信号強度を例示している。等価的に、図４のグラフは、これらエタロンの出力の各々における光信号強度を示す、例えば光信号の詳細を再現するのに十分な高さの帯域幅を持つ光検出器といった理想的な光電変換器の電気信号出力を表し得る。グラフ４００は、同調されたエタロンの出力信号を表している。グラフ４２０、４４０は各々、正側に離調されたエタロンの出力を表しており、グラフ４４０は、グラフ４２０よりも大きく正側に離調されたエタロンの出力を表している。グラフ４１０、４３０は各々、負側に離調されたエタロンの出力を表しており、グラフ４３０は、グラフ４１０よりも大きく負側に離調されたエタロンの出力を表している。
【００４９】
図４の様々なグラフは、様々な同調されたエタロン及び離調されたエタロンが、到着光信号におけるその他では同じ位相遷移に対して様々な応答を有し得ることを例示している。例えば、同調されたエタロンは、到着信号における＋９０°位相遷移に応答して、出力における一時的な低下である応答４０１を有し得る一方で、正側に離調されたエタロンは、同じ＋９０°位相遷移に応答して、出力における一時的な増加である応答４２１を有し得る。同調されたエタロンは、−９０°位相遷移に対して、＋９０°位相遷移に対する応答４０１と同様の応答４０２を有し得るが、離調されたエタロンのいずれもが、−９０°位相遷移に対して、＋９０°位相遷移に対するそれらそれぞれの応答とは異なる応答（例えば、応答４２２）をもたらし得る。従って、一部の実施形態において、同調された光共振器が、ある一定の大きさの位相遷移を示し得るのに対し、離調された光共振器は、位相遷移が正であるのか負であるのかを指し示す異なる応答を提供し得る。
【００５０】
図４はまた、例えば±２７０°の位相遷移など、より大きい大きさの一部の位相遷移が、例えば応答４０５、４０６においてなど、応答４０１、４０２と比較して大きい過渡的な乱れ（例えば、時間及び／又は振幅応答に関して）を引き起こし得ることを示している。従って、より大きい大きさの位相遷移は、それが引き起こす過渡的な乱れによって区別され得る。例えば＋２７０°位相遷移及び−２７０°位相遷移などの、異なる方向の位相遷移は、例えば応答４２５及び４２６によって又は応答４４５及び４４６によってなど、少なくとも１つの他の光共振器の応答によって区別され得る。
【００５１】
様々な実施形態において、（例えば、位相遷移に応答した）光共振器の出力を表す信号は、その電気出力では出力光信号からの全ての詳細を再現することができない光検出器に提供されることがあり、例えば、実世界の光検出器は有限の帯域幅を持ち、その結果、光検出器の電気出力は、図４の信号のローパスフィルタリングされたバージョンと同等となり得る。図４の光信号に対応した、有限の帯域幅を持つ光検出器からの電気出力信号の例を、図５に示す。
【００５２】
従来のシステムでは、光受信器内の光検出器は典型的に、通信速度（ボーレート）の２倍から４倍の帯域幅を提供することを要求される。従って、１ＧＢ／ｓの光リンクは、２−４ＧＨｚの帯域幅が可能な光検出器を使用し得る。種々のいっそう高いデータレートがもっと高い通信速度を要求することがあり、それにより、従来の受信器では、例えば光学的なアライメント許容度などのその他の特性に置かれるよりも高いコスト及び厳しい要件で、より高い帯域幅の光検出器を必要とし得る。従って、従来の受信器は、従来において１００−２００ＧＨｚの光検出器を必要とするものである４０ＧＢ／ｓを超えるデータレートには利用可能でない。しかしながら、ここでの態様及び実施形態に従ったシステム及び方法は、従来の受信器よりも低い帯域幅の光検出器を用いて、より高い通信速度の検出を提供する。
【００５３】
図５は、図５の信号が例えば有限の帯域幅を持つ光検出器からの出力信号を表すことを除いて、様々な同調されたエタロン及び離調されたエタロンからの、図４の信号と同様の幾つかの出力信号を例示している。様々な実施形態において、光検出器は、通信速度の２倍よりもかなり小さい帯域幅を持ちながらも、図５のものと同様の信号を生成するのに有効であることができる。従って、ここでのシステム及び方法は、従来のシステムと比較して相対的に低い帯域幅の光検出器で、より高い通信速度の復調を可能にする。
【００５４】
第１の例において、＋１８０°位相遷移と、−１８０°位相遷移とが、離調された光共振器のうちのいずれかの応答によって区別され得る。例えば、異なる応答５２３及び５２４によって、又は異なる応答５４３及び５４４によって、又は異なる応答５１３及び５１４によって、又は異なる応答５３３及び５３４によってなどである。様々な代わりの離調された光共振器のいずれかも、＋１８０°／−１８０°位相遷移を区別する応答を提供し得る。
【００５５】
第２の例において、＋２７０°位相遷移と、−９０°位相遷移とが、同調された共振器の応答又は離調された共振器のいずれかの応答によって区別され得る。一部の実施形態において、単一の光共振器が、＋２７０°、−９０°、−２７０°、及び＋９０°の位相遷移を区別するのに十分な応答を提供し得る。例えば、応答５２１、５２２、５２５、及び５２６は各々特有であり、それ故に、いずれか１つの分析、又は１つと他の１つとの比較が、どの位相遷移が生じたのかを特定するのに十分な情報を提供し得る。一部の実施形態において、１つ以上の追加の光共振器からの出力信号の分析が、特定された位相遷移を裏付けて、例えば、受信器の感度を増加させ、誤り検出を減少させる。
【００５６】
第３の例において、＋３６０°位相遷移と、−３６０°位相遷移とが、離調された光共振器のうちのいずれかの応答によって検出されて区別され得る。例えば、異なる応答５２７及び５２８によってなどである。例えば、違いが分かる特徴の一部は、（１）応答５２７が、応答５２８には存在しない又はあまり見られない初期の上向きの応答（増加する振幅）を持つこと、（２）応答５２７が、応答５２８における一致する減少よりも振幅的に大きく減少すること、及び（３）応答５２７が、応答５２８がオーバーシュートするよりも大きくオーバーシュートして定常状態に戻ること、を含む。様々な実施形態において、応答５２７の他の独特な特徴が、応答５２８と比較して識別可能であることがある。また、様々な代わりの離調された光共振器のうちのいずれかも、＋３６０°／−３６０°位相遷移を区別する応答を提供することができ、且つ／或いは、位相遷移を互いに区別する際の比又は確実性を増大させるために、複数の光共振器の応答が処理及び比較されてもよい。
【００５７】
従って、位相変調にて情報をエンコードする新たな手法が、ここでのシステム及び方法によって可能にされる。例えば、＋１８０°／−１８０°又は＋２７０°／−９０°又は＋３６０°／−３６０°などの、さもなければ冗長であり得る（例えば、到着光信号の初期状態に対して同一の最終状態をもたらす）様々な位相遷移を使用することで、異なる情報シンボルを別々に指し示し得る。別の言い方をすれば、他の点では同じ位相遷移の異なる方向（前進、後退）を用いて、追加の情報を送信したり、追加の２進数を運んだり、異なるシンボルを指し示したりなどすることができる。
【００５８】
同様に、２つ以上の光共振器間での様々な区別が、３６０°よりも大きい位相遷移を検出するために識別可能であり、ここでのシステム及び方法によって位相変調にて情報をエンコードする新たな方法を更に提供する。なお、従来のシステムは、＋３６０°の位相遷移又は−３６０°の位相遷移が生じたことさえ検出できない。何故なら、このような位相遷移後の到着光信号の最終状態は、初期状態から不変であるからである。少なくとも第２の様式では、例えば＋７２０°／＋３６０°又は＋８１０°／＋４５０°／＋９０°などの、完全な回転よりも大きい位相遷移が特定されて区別され、そして、異なる情報シンボルを指し示すために使用され得る。これらの位相遷移例の各々、及び数多くの他の好適な位相遷移が、従来の受信器では検出及び／又は区別することができない到着光信号の特徴を区別するために、受信器又は位相検出器で使用され得る。
【００５９】
一部の実施形態において、２つの光共振器が含められ得る。例えば、同調された共振器の応答の大きさが、位相遷移の大きさに関する情報を提供し得るとともに、離調された共振器が、位相遷移の方向に関する情報を提供し得る。他の例では、共振器のうちのいずれかによって、さもなければ同様の応答を生じさせ得る２つの位相遷移の検出及び区別を確認するために、もっと多くの区別できる特徴を持つ信号応答を提供するよう、追加の光共振器が含められてもよい。
【００６０】
様々な実施形態において、光共振器からの出力信号（これは、オプションで電気信号に変換され、オプションで特定の特徴を除去又は区別するためにフィルタリングされ、及びオプションでデジタル形式に変換され得る）が、位相遷移に対するその応答の様々な特徴に関して分析され得る。例えば、そのような特徴は、以下に限られないが、応答の大きさ、応答の傾き、初期方向（増加／減少）、（１つ以上の）ピーク値、後続の方向及び大きさ、オーバーシュート及び／又はセトリング特徴（例えば、定常状態への戻り）、持続時間などを含み得る。必ずしも全ての実施形態で特定の特徴が必要とされるわけではなく、むしろ、いずれの実施形態も様々な特徴を呈することができ、それについて、処理システムが、様々なシステム要求及び／又は動作環境に適合するよう、様々な位相遷移を区別及び特定するように構成又はプログラムされ得る。
【００６１】
この開示の利益により、到着光信号に対して異なるチューニング状態を持つ好適数の光共振器によって、及び光共振器によって出力される様々な応答信号を分析する十分な処理リソースによって、任意数の位相遷移が検出され、区別され、且つ一意に特定され得る。従って、通信又はセンシングシステムの受信器が、（例えば、物体、環境などとの相互作用を介した光信号の予期される変調に適合するよう、）位相遷移の所望のコンステレーションに合わせて設計され又はセンシングシステムの任意の光学位相分解能に合わせて設計され得る。
【００６２】
到着光信号の位相遷移に関して、同調された光共振器及び離調された光共振器の上述の応答を引き続き参照するに、任意の大きさ及び方向の一般的な位相遷移が、少なくとも一方が到着光信号の波長から離調されている２つの光共振器の組み合わせによって検出されて区別され得る。一部の例において、位相遷移の大きさが、同調された光共振器からの出力信号強度における減少量によって特定され得るとともに、位相遷移の方向（前進又は後退）が、離調された光共振器からの出力信号を分析することによって特定され得る。
【００６３】
さらに、２つ以上の光共振器からの出力光信号の分析が、いずれが同調されている（共振している）のか（例えば、比較的高い出力強度、正側及び負側の両方の位相遷移に対する同様の応答）及び／又は離調されているのか特定してもよい。また、波長においてドリフトする受信光信号は、同調された光共振器を離調された光共振器とし、その逆もまた然りであり、例えば図２のデジタル処理サブシステム２５０などの処理サブシステムが、２つ以上の光共振器からの出力強度を分析して、それらが離調されているのか、それとも１つが同調されているのかを特定し、それに従って出力信号を解釈するように構成（例えば、プログラム）されてもよい。一般的な位相遷移の区別は、ここでのシステム及び方法が２つのみの光共振器を有することによって達成可能であるが、様々な実施形態は、例えば３つ以上の共振器を有して、よりロバストに動作し得る。従って、到着光信号が一般的な波長を有することに対処するため、又は到着光信号が波長ドリフト若しくは変動を受けることに対処するため、又は、例えば温度、製造公差、若しくはこれらに類するものに起因する光共振器の寸法変化に対処するために、特定の実施形態は、以下に限られないが、図７に関して更に詳細に後述する固定された寸法異なりεなどの、幾らかの量だけ他のものとは異なる光学的寸法を各々が持つ３つ以上の光共振器を含み得る。
【００６４】
従って、任意の一般的な位相遷移が、上述のシステム及び方法によって割り出され得る。一部の実施形態において、１つ以上の光共振器及び／又は光検出器が、到着光信号における位相遷移及び振幅遷移の両方を割り出すために使用される出力光信号を提供し得る。
【００６５】
同調された光共振器、正側に離調された光共振器、及び負側に離調された光共振器の各々で、到着光信号の振幅における変化（例えば、振幅遷移）が、共振器からの出力強度を新たな定常状態レベルに落ち着かせ（セトリングさせ）得る。従って、一部の実施形態において、到着光信号における振幅遷移を割り出すために、定常状態出力強度が検出され得る。
【００６６】
上記の全てによれば、例えばエタロン３００又はマイクロリングなどの光共振器から出現する光強度における変化は、例えば位相変化又は振幅変化などの遷移が到着光信号中で発生したことを指し示し、それが適切な信号処理によって使用され、出現する光強度を分析することによって、有用な情報を割り出し得る。従って、一部の例において電気的形態であり且つオプションでデジタル形態である２つ以上の光共振器からの強度変調された出力光信号の適切な処理は、強度変化を解釈して、到着光信号の振幅及び位相の遷移を割り出し得る。
【００６７】
図６Ａは光学システム６００ａを示し、図６Ｂは光学システム６００ｂを示し、これらは各々、様々な大きさ及び方向を持つ位相遷移の検出及び復調を可能にするコンビネーション光共振器として動作し得る。図示の光学システム６００の各々は、正側に離調された共振器６０２及び負側に離調された共振器６０４を含み、これらは図示のようなエタロンであるが、前述のような他の形態の光共振器であってもよい。他の例において、共振器６０２、６０４のうちの一方は、同調された共振器であってもよい。光学システム６００ａの場合、到着光信号６１０がスプリッタ６１２によって分割されて、到着光信号６１０の一部が正側に離調された共振器６０２に到達し、他の一部が負側に離調された共振器６０４に到達するようにされる。光学システム６００ｂでは、到着光信号６１０の異なる部分が、スプリッタなしで、正側に離調された共振器６０２及び負側に離調された共振器６０４の各々に到達する。正側に離調された共振器６０２及び負側に離調された共振器６０４の各々は、前述のように動作する。
【００６８】
正側に離調された共振器６０２及び負側に離調された共振器６０４の各々は、到着光信号の一部を受け、そして、前述のように、位相及び振幅遷移をそれぞれの出力光信号６２２、６２４の強度変調へと変換する。出力光信号６２２、６２４は、一部の例において、それぞれの光学系６３２、６３４（例えば、レンズ６３２、６３４）によって様々な広がりに集束されて、集束出力光信号６４２、６４４を提供し得る。他の例において、出力光信号６２２、６２４は集束されなくてもよい。出力光信号６２２、６２４又は集束出力光信号６４２、６４４のいずれかが、前述のように例えばフォトダイオードなどの光検出器とし得るものであるそれぞれの光電変換器６５２、６５４に提供されて、強度変調された出力光信号エネルギーが電気信号へと変換され、それが更に、やはり前述のように、デジタル形式に変換され得る。出力光信号６２２、６２４における強度変化、及び／又は変換器６５２、６５４によって出力される電気信号における振幅変化は、従って、到着光信号６１０における位相及び振幅遷移を指し示し得る。上述のように、正側及び負側に離調された共振器６０２、６０４は、同調された共振器と、波長の１／８、波長の１／１０、又は別の量とし得る量εだけ光学的寸法において異なり得る。一部の実施形態において、正側及び負側に離調された共振器６０２、６０４は、同調された共振器に関係なく、量２εだけ互いに異なってもよく、例えば、離調された共振器６０２、６０４のうち一方が、他方よりも、到着光信号６１０の波長に関して、いっそう共振に近くてもよい（例えば、より同調に近くてもよい）。
【００６９】
図７は、３つの光共振器７０２、７０４、７０６を有する光学システム７００を示しており、これらの各々が到着光信号７１０の一部を受けるように構成される。一部の実施形態において、光信号７１０は、光共振器７０２、７０４、７０６の各々に一部を提供するように、図６Ａと同様にしてスプリッタによって分割されてもよい。一部の実施形態において、光共振器７０２、７０４、７０６の各々は、図示のように、関連付けられた集束光学系及び／又はそれぞれの光電変換器を有してもよい。一部の実施形態において、光共振器７０２、７０４、７０６のうちの１つが同調され得る。他の実施形態において、光共振器７０２、７０４、７０６のいずれもが同調されなくてもよい。到着光信号７１０は、一部の例において幾分不安定であることがあり、波長の変動又はドリフトを持ち、それによって、様々な時点において、光共振器７０２、７０４、７０６のうちの１つ又は他のものを到着波長に対して同調状態に入らせ得る。さらに、温度の変化が、光共振器７０２、７０４、７０６のうちの１つ以上の寸法に変動を生じさせることがあり、それが、光共振器７０２、７０４、７０６のうちの１つ以上を同調状態に向かうように又は同調状態から離れるようにシフトさせ得る。一部の実施形態において、最も正側に離調された共振器と最も負側に離調された共振器との間の差が、公称寸法異なり２εとして確立されてもよく、ここでεは、様々な動作要件に適合するように様々な値に等しくし得る。一部の実施形態において、εは、公称上、波長の１／８又は波長の１／１０に等しいとし得る。様々な実施形態において、εは、公称上、半波長から波長の１／１６以下の範囲内で波長のある割合に等しいとし得る。一部の実施形態において、光共振器７０２、７０４、７０６はエタロンとし得る。一部の実施形態において、光共振器７０２、７０４、７０６は、光学ループ又はマイクロリングであってもよく、εは、光学ループ又はマイクロリングの実施形態では、エタロンの実施形態に対して異なる公称値を有してもよい。様々な実施形態は、ある範囲の潜在的に望ましい到着光信号、又は様々な波長を持つ、ある範囲の、所望の到着光信号の揺らぎ、又はこれらの組み合わせ、に適合するよう、公称上同調された又は離調された寸法の更なる光共振器を含んでもよい。多数の光共振器を含む様々な実施形態において、最大の光学的寸法を持つ共振器と最小の光学的寸法を持つ共振器との間の寸法差は、様々な用途及び／又は動作パラメータに適合するよう、波長のある割合とすることができ、又は一波長又は複数波長のオーダーであってもよい。これら様々な実施形態の各々において、それぞれの光共振器からの出力光信号の強度変調が各々、例えば処理サブシステムによって分析されて、上述のシステム及び方法に従って一般的な光信号の位相変調及び振幅変調が復調される。
【００７０】
ここに記載される態様及び実施形態の利点は多数ある。例えば、光学コンポーネントが、従来システムに必要とされるものよりも低コスト又は低い複雑性であり、例えば、クリスタルコーティング又は高価なコーティングではなく、コーティングされたガラス又はコーティングされていないガラスを許容し得る。位相変調を強度変調へと変換するための例えばエタロンなどの光共振器の使用は、改善された信号対雑音特性を提供し得るフィルタリング（例えば、共振寸法を介した負所望信号の拒絶）を組み込むように有利に設計され得る。ここに記載されるものに従った態様及び実施形態は、適応光学系が機能しなくなるような極端な収差又は乱れにおいても満足に動作し得る。さらに、ここに記載されるものに従った態様及び実施形態は、低い大きさ、重量、電力、及びコスト要求で自由空間光受信を達成することができ、例えば無人航空機及びマイクロ衛星などのプラットフォームに対するサポートを向上させ得る。
【００７１】
理解されるべきことには、到着光信号の変調によって生じる出力強度への変化は、例えばエタロン又はマイクロリングの寸法長などの光共振器の物理的な共振寸法、及び例えばエタロンが１つ以上の波長に対してどれだけよくチューニングされるかなど、それがどれだけ正確に製造されるか、によって変わり得る。より小さい寸法長を持つ同調されたエタロンからの出力強度は、入力信号における遷移によっていっそうすぐに乱されるとともに、そのような遷移の後には、より大きい共振寸法を持つ同調されたエタロンよりも、いっそう迅速に定常状態を再確立する。また、より精密な公差に製造された、すなわち、より正確に特定の波長に同調されたエタロンは、より高い定常状態出力信号強度を提供し得るとともに、入力信号における遷移に対して、あまり精密でない公差に製造されたエタロンよりも高い感度を呈し得る。
【００７２】
様々な実施形態は、特定の設計基準に基づいて、また、様々な動作特性に適合するように、様々なエタロン寸法及び公差を有し得る。一部の例において、様々なエタロン寸法及び公差は、到着光信号における遷移に対してエタロンがどれだけ強く及び／又はどれだけ速く応答するかと、遷移後にエタロンがどのくらい速く及び／又はどれくらい強く定常状態に戻るのに近づくかと、をトレードオフさせる、すなわち、バランスさせるように選択され得る。さらに、様々なエタロン寸法及び公差は、特定のデータレート及び／又は特定の波長に対して例えば受信器２００などの受信器を最適化するように選択され得る。
【００７３】
特定の実施形態は、他の光信号に対する１つの光信号の選択性を提供するために、様々な追加の態様又はコンポーネントを組み込み得る。例えば、周波数選択性フィルタ、周波数選択性コーティングの使用を通じて、及び／又は光共振器若しくは他の共振構造の周波数選択的な寸法若しくは他の特徴の選択によって、特定の波長の光が好まれたり、拒絶されたりし得る。
【００７４】
様々な例において、受信器のコンポーネントは、アナログ回路、デジタル回路、又は１つ以上のデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、又はソフトウェア命令を実行する他のマイクロプロセッサのうちの１つとして又はそれらの組み合わせとして実装され得る。ソフトウェア命令はＤＳＰ命令を含み得る。ここに記載される様々な態様及び機能は、特殊化されたハードウェア、又は１つ以上のコンピュータシステムで実行されるソフトウェアコンポーネントとして実装され得る。
【００７５】
図８は、例えば図２のデジタル処理サブシステム２５０及び／又は受信器２００の他のコンポーネントなど、受信器の様々なコンポーネントに対応するソフトウェアルーチンを実装し得る制御回路（例えば、コントローラ８００）の一例を示している。コントローラ８００は、プロセッサ８０２、データストレージ８０４、メモリ８０６、及び例えばシステムインタフェース及び／又はユーザインタフェースなどの１つ以上のインタフェース８０８を含み得る。図８には明示的に示されていないが、特定の例において、コントローラ８００は電源に結合され得る。電源は、コントローラ８００の１つ以上のコンポーネント、及び光受信器２００の他のコンポーネントに電力を送達し得る。
【００７６】
図８において、プロセッサ８０２は、データストレージ８０４、メモリ８０６、及び様々なインタフェース８０８に結合されている。メモリ８０６は、コントローラ８００の動作中にプログラム（例えば、プロセッサ８０２によって実行可能であるようにコード化された命令のシーケンス）及びデータを格納する。故に、メモリ８０６は、例えばダイナミックランダムアクセスメモリ（“ＤＲＡＭ”）又はスタティックメモリ（“ＳＲＡＭ”）などの、比較的高性能な揮発性のランダムアクセスメモリとし得る。しかしながら、メモリ８０６は、例えばディスクドライブ又はその他の不揮発性ストレージデバイスなどの、データを記憶する如何なるデバイスを含んでいてもよい。様々な例は、メモリ８０６を、ここに開示される機能を実行するように特定化された、そして一部のケースでは固有の、複数の構造へと編成し得る。これらのデータ構造は、特定のデータに関する値及びデータのタイプを格納するようにサイズを決められて編成され得る。
【００７７】
データストレージ８０４は、非一時的な命令及びその他のデータを記憶するように構成されたコンピュータ読み取り可能且つ書き込み可能なデータ記憶媒体を含み、例えば光ディスク若しくは磁気ディスク、ＲＯＭ又はフラッシュメモリなどの不揮発性記憶媒体を含むことができる。命令は、ここに記載される機能の何れかを実行するように少なくとも１つのプロセッサ８０２によって実行されることが可能な実行可能プログラム又はその他のコードを含み得る。
【００７８】
様々な例において、コントローラ８００は、例えばシステムインタフェース及び／又はユーザインタフェースなどの一部の幾つかのインタフェースコンポーネント８０８を含む。インタフェースコンポーネント８０８の各々は、コントローラ８００の他のコンポーネント（及び／又は付随する送信器又は受信器）、又はコントローラ８００と通信する他の装置と、データを交換する（例えば、送信又は受信する）ように構成される。様々な例によれば、インタフェースコンポーネント８０８は、ハードウェアコンポーネント、ソフトウェアコンポーネント、又はハードウェアコンポーネントとソフトウェアコンポーネントとの組み合わせを含み得る。
【００７９】
特定の例において、システムインタフェースのコンポーネントは、プロセッサ８０２を、図２に示した光受信器２００の１つ以上の他のコンポーネントに結合する。システムインタフェースは、１つ以上の制御信号をそのようなコンポーネントに提供し得るとともに、そのようなコンポーネントの動作を管理し得る。
【００８０】
ユーザインタフェースは、コントローラ８００が組み込まれた対応する送信器又は受信器が、例えばユーザなどの外部エンティティと通信することを可能にするハードウェアコンポーネント及び／又はソフトウェアコンポーネントを含み得る。これらのコンポーネントは、ユーザインタフェースとのユーザインタラクションから情報を受信するように構成され得る。ユーザインタフェース内で使用され得るコンポーネントの例は、キーボード、ポインティングデバイス、ボタン、スイッチ、発光ダイオード、タッチスクリーン、ディスプレイ、記憶されたオーディオ信号、音声認識、又はコントローラ８００と通信するコンピュータ対応装置上のアプリケーションを含む。様々なインタフェースで受信されたデータは、図８に例示するように、プロセッサ８０２に提供され得る。プロセッサ８０２、メモリ８０６、データストレージ８０４、及び（１つ以上の）インタフェース８０８の間の通信結合（例えば、図示の相互接続機構８１０）は、標準的な、独自の、又は特殊化されたコンピューティングバス技術に準拠した１つ以上の物理的なバスとして実装され得る。
【００８１】
プロセッサ８０２は、操作されたデータをもたらす一連の命令を実行し、該データは、データストレージ８０４に格納され及びそこから取り出され得る。様々な例において、一連の命令は、上述のような光共振器からの出力の解釈をもたらす。このような命令は、そのような出力信号のピーク及びトラフを解釈して、ここで説明したように到着光信号における位相、周波数、又は振幅変化（変調）を割り出し及び／又はそこからデータペイロードを復元するためのコマンドに対応し得る。
【００８２】
プロセッサ８０２は、市販されているのか、それとも特別に製造されているのかにかかわらず、任意のタイプのプロセッサ、マルチプロセッサ、又はコントローラとすることができ、それらは、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、汎用プロセッサ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、又は他の好適な処理ハードウェアを含み得る。一部の例において、プロセッサ８０２は、例えばリアルタイムオペレーティングシステム（ＲＴＯＳ）又は非リアルタイムオペレーティングシステムなどのオペレーティングシステムを実行するように構成され得る。オペレーティングシステムは、アプリケーションソフトウェアに対してプラットフォームサービスを提供し得る。それらのプラットフォームサービスは、とりわけ、プロセス間及びネットワーク通信、ファイルシステム管理、及び標準データベース操作を含み得る。数多くあるオペレーティングシステムのうちの１つ以上を使用することができ、例は、特定のオペレーティングシステム又はオペレーティングシステム特性に限定されない。
【００８３】
少なくとも１つの実施形態の幾つかの態様をかように記載してきたが、理解されるように、当業者には様々な改変、変更、及び改良が容易に浮かぶであろう。そのような改変、変更、及び改良は、この開示の一部であることが意図され、また、開示の範囲内であることが意図される。従って、以上の説明及び図面は単に例によるものである。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図１Ｅ】
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【図１Ｆ】
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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６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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