(57)【要約】複数のビームを走査して同時に遅延線の適切な集合を選択することを可能にする、フェーズドアレイアンテナビーム形成ネットワークを構築する方法および装置が提供される。本明細書で開示されるビーム形成ネットワークは従来のネットワークよりも生成する損失が少なく、場合によってはアクティブな切替を必要とせず、完全に受動的になっている。本発明には、（１）レーザ波長階層、（２）波長分割多重化（ＷＤＭ）コンポーネントの配列、（３）レーザ波長の再利用の３つの主な方法が含まれている。複数のレーザ波長は波長ドメイン内の群および亜群（波長階層）に配列される。これらの波長群間で切替えることによって、本明細書で開示されたＷＤＭコンポーネントの配列は、ビーム形成ネットワークがビーム信号を適切な時間遅延線に導き、複数のビームを区別することを可能にする。レーザ波長再利用方法は、使用される波長の数を大幅に低減し、したがってその波長の数をＩＴＵ指定の標準波長に限定することを可能にする。
2004515092.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）複数の波長分割マルチプレクサ（ＷＤＭ）と、
（ｂ）前記複数のＷＤＭのうちの少なくとも選択されたものに接続している複数の遅延線と、
（ｃ）前記複数のＷＤＭのうちの少なくとも選択されたものに接続している複数の導波路とを含むビーム形成デバイス。
【請求項２】
前記複数のＷＤＭの第１のサブセットがポートデマルチプレクサとして動作し、前記第１のサブセットの要素が、ビームデマルチプレクサとして動作する前記複数のＷＤＭの第２のサブセットの要素に接続され、前記第１のサブセットと第２のサブセットとが、前記複数の遅延線によって接続されており、前記第２のサブセットが、ファイバマルチプレクサとして動作する前記複数のＷＤＭの第３のサブセットに接続され、前記第２と第３のサブセットが、前記複数の導波路のうちの少なくとも選択されたものによって接続されており、前記第３のサブセットが、ビームマルチプレクサとして動作する前記複数のＷＤＭの第４のサブセットに接続され、前記第３と第４のサブセットが、前記複数の導波路のうちの少なくとも選択されたものによって接続されている請求項１に記載のビーム形成デバイス。
【請求項３】
ビームマルチプレクサとして動作する前記複数のＷＤＭの前記第４のサブセットの複数の出力部に光学的に接続された複数の光検出器を更に含む請求項２に記載のビーム形成デバイス。
【請求項４】
複数の導波路分配器を更に含み、前記複数の導波路分配器が、前記複数のＷＤＭのうちの少なくとも選択されたものに、前記複数の遅延線によって接続されている請求項１に記載のビーム形成デバイス。
【請求項５】
前記複数の導波路分配器が、ファイバマルチプレクサとして動作する前記複数のＷＤＭの第１のサブセットに、前記複数の遅延線によって接続されており、前記第１のサブセットが、ビームマルチプレクサとして動作する前記複数のＷＤＭの第２のサブセットに接続され、前記第１と第２のサブセットが前記複数の導波路を介して接続されている請求項４に記載のビーム形成デバイス。
【請求項６】
ビームマルチプレクサとして動作する前記複数のＷＤＭの前記第２のサブセットの複数の出力部に光学的に接続された複数の光検出器を更に含む請求項１５に記載のビーム形成デバイス。
【請求項７】
複数の導波路結合器を更に含み、前記複数の導波路結合器が、前記複数のＷＤＭのうちの少なくとも選択されたものに、前記複数の導波路によって接続されている請求項１に記載のビーム形成デバイス。
【請求項８】
ポートデマルチプレクサとして動作する前記複数のＷＤＭの第１のサブセットが、ビームデマルチプレクサとして動作するＷＤＭの第２のサブセットに、前記複数の遅延線によって接続されており、前記第２のサブセットが前記複数のファイバ結合器に接続されており、前記第２のサブセットと前記ファイバ結合器が前記複数の導波路によって接続される請求項７に記載のビーム形成デバイス。
【請求項９】
前記ファイバ結合器の出力部に光学的に接続された複数の光検出器を更に含む請求項８に記載のビーム形成デバイス。
【請求項１０】
複数の導波路分配器と、複数の光検出器と、複数の電気スイッチとを更に含み、前記複数の導波路分配器が、ビームデマルチプレクサとして動作するＷＤＭの第１のサブセットに、前記複数の遅延線によって接続されており、前記第１のサブセットが、ファイバマルチプレクサとして動作するＷＤＭの第２のサブセットに、前記導波路のうちの少なくとも選択されたものによって接続されており、ＷＤＭの前記第２のサブセットが、前記導波路のうちの少なくとも選択されたものによって前記複数の光検出器に接続された出力部を有しており、前記光検出器のうちの少なくとも選択されたものが、電気線によって前記電気スイッチのうちの少なくとも選択されたものに接続された出力部を有している請求項１に記載のビーム形成デバイス。
【請求項１１】
ポート／ビームデマルチプレクサとして動作する前記複数のＷＤＭの第１のサブセットが、ファイバマルチプレクサとして動作するＷＤＭの第２のサブセットに接続され、前記第１のサブセットと前記第２のサブセットとが前記複数の遅延線によって接続され、前記第２のサブセットが、ビームマルチプレクサとして動作するＷＤＭの第３のサブセットに接続され、前記第２のサブセットと前記第３のサブセットとが前記複数の導波路によって接続される請求項１に記載のビーム形成デバイス。
【請求項１２】
ＷＤＭの前記第３のサブセットの出力部に、前記複数の導波路のうちの少なくとも選択されたものによって光学的に接続された複数の光検出器を更に含む請求項１１に記載のビーム形成デバイス。
【請求項１３】
複数の電気導波路結合器と複数の光検出器とを更に含み、ポートデマルチプレクサとして動作するＷＤＭのサブセット（１）が、ビームデマルチプレクサとして動作するＷＤＭのサブセット（２）に、前記複数の遅延線によって接続されており、前記サブセット（２）が、ファイバマルチプレクサとして動作するＷＤＭのサブセット（３）に、前記導波路のうちの少なくとも選択されたものによって接続されており、ＷＤＭの前記サブセット（３）が、前記導波路のうちの少なくとも選択されたものによって前記複数の光検出器に接続された出力部を有しており、前記光検出器のうちの少なくとも選択されたものが、前記電気導波路結合器のうちの少なくとも選択されたものに、電気線によって接続された出力部を有している請求項２に記載のビーム形成デバイス。
【請求項１４】
前記第２のサブセットの要素がインライン切替アーキテクチャに従って配列され、それによって、前記第２のサブセットと前記第３のサブセットとの間の領域に、すべての導波路のクロスオーバーを集中させる請求項２に記載のビーム形成デバイス。
【請求項１５】
前記第２のサブセットの要素が、ネットワーク切替アーキテクチャに従って配列される請求項２に記載のビーム形成デバイス。
【請求項１６】
複数の電気導波路結合器と複数の光検出器とを更に含み、ポートデマルチプレクサとして動作するＷＤＭの第１のサブセットが、ビームデマルチプレクサとして動作するＷＤＭの第２のサブセットに、前記複数の遅延線によって接続され、第２のサブセットの前記要素が、前記導波路のうちの少なくとも選択されたものによって前記複数の光検出器に接続された出力部を有しており、前記光検出器が、前記電気導波路結合器のうちの少なくとも選択されたものに、電気線によって接続された出力部を有している請求項１に記載のビーム形成デバイス。
【請求項１７】
複数の電気導波路結合器と、複数の光検出器と、複数の光スイッチとを更に含み、
ポートデマルチプレクサとして動作するＷＤＭの第１のサブセットが、ビームデマルチプレクサとして動作するＷＤＭの第２のサブセットに、前記複数の遅延線によって接続され、第２のサブセットの要素が、前記光スイッチのうちの少なくとも選択されたものに、前記導波路のうちの少なくとも選択されたものによって接続され、前記光スイッチが、前記光検出器のうちの少なくとも選択されたものに、前記導波路のうちの少なくとも選択されたものによって接続された出力部を有しており、前記光検出器が、前記電気導波路結合器のうちの少なくとも選択されたものに、電気線によって接続された出力部を有している請求項１に記載のビーム形成デバイス。
【請求項１８】
前記複数の導波路分配器と、前記複数のＷＤＭと、前記複数の遅延線と、前記複数の導波路とが光コンポーネントである請求項１乃至１７のいずれか１つに記載のビーム形成デバイス。
【請求項１９】
前記複数のＷＤＭが、アレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）フィルタを含む請求項１乃至１８のいずれか１つに記載のビーム形成デバイス。
【請求項２０】
前記複数の導波路分配器と、前記複数のＷＤＭと、前記複数の遅延線と、前記複数の導波路とが、共通の基板上で統合される請求項１乃至１９のいずれか１つに記載のビーム形成デバイス。
【請求項２１】
（ａ）各々が複数の光波長を含む複数の光波面を合成するステップと、
（ｂ）複数の着信電波面をアンテナによって受信するステップと、
（ｃ）前記複数の光波面と前記複数の着信電波面とを光変調によって混合して、複数の合成された光波面を提供するステップと、
（ｄ）各合成された光波面を複数の遅延線の所定のセットに導くステップと、
（ｅ）各合成された光波面を異なる出力部に導くために、各合成された光波面を分離するステップと
を含むビーム形成方法。
【請求項２２】
複数の光波面を合成する前記ステップが、
（ａ）複数の遅延線の所望のセットに従って、前記複数の光波面のサブセットを特別に選択するステップと、
（ｂ）所望の出力部に従って前記複数の光波面のサブセットを特別に選択するステップと
を含む請求項２１に記載のビーム形成方法。
【請求項２３】
各合成された光波面を複数の遅延線の所定のセットに導く前記ステップが、各合成された光波面に含まれる波長を分散させることによって、各合成された光波面を所定の遅延線に振り向けることのできるＷＤＭを提供するステップを含む請求項２２に記載のビーム形成方法。
【請求項２４】
電磁放射線に含まれる複数の電磁波面を分離する方法であって、
（ａ）複数の光コンポーネントを提供するステップと、
（ｂ）前記光コンポーネントを配列して、複数の入力部と複数の出力部を有するネットワークを形成するステップであって、前記コンポーネントが、前記電磁波面のそれぞれを前記出力部の１個に別個に導くように配列されるところのステップと
を含む方法。
【請求項２５】
前記電磁波面の各々が複数の波長を含み、そして、前記電磁波面を前記出力部の１個に導くことが、前記波長の選択されたいくつかを前記光コンポーネントの選択されたいくつかに振り向けることによって達成される請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
複数の電気コンポーネントを提供するステップを更に含む請求項２４に記載の方法。
【請求項２７】
前記電磁波面の各々が複数の波長を含み、そして、前記電磁波面を前記出力部の１個に導くことが、前記波長の選択されたいくつかを前記光コンポーネントおよび／または電気コンポーネントの選択されたいくつかに振り向けることによって達成される請求項２４に記載の方法。
【請求項２８】
前記光コンポーネントが、ＷＤＭ、遅延線及び導波路を含む請求項２４に記載の方法。
【請求項２９】
前記光コンポーネントが、分配器、結合器及びスイッチを更に含む請求項２４に記載の方法。
【請求項３０】
前記ＷＤＭが、アレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）フィルタを含む請求項２４に記載の方法。
【請求項３１】
前記ＷＤＭ、前記遅延線及び前記導波路が、共通の基板上で統合される請求項２４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（発明の分野）
本発明は、フォトニックビーム形成ネットワークなど、光ファイバおよび他のフォトニックコンポーネントのネットワークによって制御されるフェーズドアレイアンテナの分野に関する。より詳細には、低損失の、フォトニックビーム形成受動ネットワークを構築する方法に関する。
【０００２】
（発明の背景）
フェーズドアレイアンテナシステムは、レーダ、電子戦、および高データ転送速度通信の用途に広範に使用されている。これらは、光ファイバネットワーク、およびレーザ、ファイバ分配器／結合器、および光検出器などの他のフォトニックコンポーネントネットワークによって制御される。これらの制御ネットワークは、図１ａおよび１ｂに示すような遅延線ネットワークを主に利用する。時間遅延の実施方法が異なる２つのタイプの遅延線ネットワークがある。図１ａのネットワーク切替アーキテクチャでは、Ｒｏｍａｎレンズはその一例であるが、遅延線のネットワーク全体が単一のスイッチによってスイッチイン／スイッチアウトされる。図１ｂのインライン切替アーキテクチャでは、ファイバごとに複数の遅延線並びにそれらを選択するためのスイッチがある。Ｆをファイバ数、Ｐを遅延状態数とすると、ネットワーク切替アーキテクチャはＰ個の状態を伴う１個のスイッチを必要とし、インライン切替アーキテクチャはＰ個の状態を伴うＦ個のスイッチを必要とする。どちらもＰ個の遅延状態にアクセスするための１×Ｐの分配器と、出力をベクトル合計するためのＦ×１の結合器とを必要とする。どちらのタイプのネットワークの場合でも、信号は１個の１×Ｐ分配器、１個のスイッチ、１個のＦ×１結合器を通過するので、損失は同等になることが予想される。
【０００３】
ネットワークで必要とされる光検出器の数は主要なコストとなりうるので、光検出器の数を最小限に抑えることが望ましい。これを達成するために、図１ａおよび１ｂのファイバ上で信号をベクトル合計するＦ×１結合器の後方にある位置Ａに単一の光検出器を配置することができる。しかし、大抵の従来技術によるシステムの場合にそうであるようにすべてのファイバが同じ光波長を搬送する場合、検出された搬送波の包絡線上に様々な信号が干渉し、不要な雑音が現れることになる。この光コヒーレンス問題を防止するため、合計の前に光検出が行われて光搬送波が一切相互干渉しないように光検出器を位置Ｂに配置することができる。しかしこの場合は多数の光検出器が必要となりコストが大幅に増大する。
【０００４】
光コヒーレンス問題を解消するために、光検出器の数を最小限に抑えることは依然として必要ではあるが、本発明はその態様の１つで複数の光波長を利用する。これによって光検出器の総数はネットワーク切替えの場合にはＦ×Ｐ個から１個に低減され（図１ａ参照のこと）、インライン切替えの場合にはＦ個から１個に低減される（図１ｂ参照のこと）。
【０００５】
更に本発明の別の態様によると、図１ａおよび１ｂのアクティブに切替えられる従来技術によるネットワークを形成する損失の大きな分配器／結合器は受動波長分割多重化（ＷＤＭ）ネットワークに置き換えられる。１×Ｐ個の分配器とＦ×１個の結合器はＷＤＭに置き換えられ、アクティブな切替えによって実行される機能は、受動ＷＤＭによって波長群を分離することによって実現される。１×Ｎ個のＷＤＭの光損失はＮ＞６とした場合に１×Ｎ個の分配器または結合器よりも少なく、大部分の実用的なケースでは損失を大幅に低減させることができる。
【０００６】
従来技術の光ネットワークはアクティブな切替え、多数の光検出器の使用、およびネットワーク内への損失の大きな分配器および結合器の包含とを必要とする。多くの場合、従来技術は専用または固有の光コンポーネントをも必要とする。
【０００７】
米国特許出願第５、８６１、８４５号（Ｗｉｄｅｂａｎｄ　Ｐｈａｓｅｄ　Ａｒｒａｙ　Ａｎｔｅｎｎａｓ　ａｎｄ　Ｍｅｔｈｏｄｓ）に記載されるような従来のフォトニックビーム形成技術は、光コヒーレンス作用を防止するために複数の波長を使用することを示唆するが、光信号をベクトル合計する結合器では損失は依然として大きい。本願の優先日以降に公開された国際特許出願ＰＣＴ／ＵＳ００／２３２００（Ｐｈａｓｅｄ　Ａｒｒａｙ　Ａｎｔｅｎｎａ　Ｂｅａｍｆｏｒｍｅｒ）は、ビームスキャニングおよび遅延線選択にＷＤＭを使用する複数ビーム用受動受信機ネットワークを記載している。しかし、これは光コヒーレンス問題を対象とせず、製造が困難な３次元光ファイバベースの遅延線ネットワーク（ファイバＲｏｔｍａｎレンズ）を使用する。これはまた、信号の合計のために損失の多い結合器も使用する。
【０００８】
一態様では、本発明は、これらの問題に単純かつ統合された方法で対処して解決し、光ファイバデータネットワーク用に商業的に開発された標準ＩＴＵ（国際電気通信連合）の構成要素および２次元ＳＯＳ（シリコンオンサファイア）製造技術を使用して実施することができる。
【０００９】
（発明の概要）
本発明の一態様によれば、Ｎ個の着信ＲＦ波面は１個のアンテナアレイによって同時に受信される。レーザ光は、Ｂ＝Ｎの合成された光ビームを提供するために振幅変調される。合成された光ビームは、光変調によって着信した電波面と混合される。合成されたＮの光波面は、すべてが共通の導波路を通過し、それぞれに遅延線の所定の１個の集合に導かれ、その後、分離されてＮ個の別個の導波路に向けられる。合成された光ビームによって搬送された元の着信した波面はこの時点で区別されており、光検出して別個に分析することができる。
【００１０】
別の一態様によると、本発明は、フォトニックビーム形成ネットワークを利用するこれらの機能を実行する新しい方法を提供する。これは、複数ビームに対してビームスキャニングおよび遅延線選択を同時に制御することができる低損失で完全に受動的な高性能フォトニックビーム形成ネットワークを構築する方法を提供する。本発明は、その一態様に以下のものを含む３つの主な方法を含んでいる。
（１）レーザ波長階層
（２）波長分割多重化（ＷＤＭ）コンポーネントの配列、および
（３）レーザ波長の再利用
複数のレーザ波長は波長ドメイン内の群および亜群（波長階層）で配列される。これらの波長群間で切替えることによって、本明細書で提案されたＷＤＭコンポーネントの配列は、ビーム形成ネットワークが、適切な時間遅延線を介してビーム信号を導き、複数のビームを区別することを可能にする。切替えは制御レーザでのみ行われてネットワーク自体の中では一切行われず、ネットワークは完全に受動的である。更に、ＷＤＭコンポーネントおよび相互接続の配列および選択によって、信号のルーティング、ビームの区別、およびビームのベクトル合計は最小限の損失を伴って行われる。本発明は、必要となる光検出器の数も最小限に抑え、最も強力な形態でビーム１本あたり光検出器が１個必要とされるだけである。
【００１１】
レーザ波長再利用方法は、ビームフォーマーが機能するために必要となる波長の数を大幅に低減させることができる。これによって、非常に多数のコンポーネントを含んでいるフェーズドアレイアンテナを用いた場合でさえ、波長を国際電気通信連合の指定する標準の波長に限定することが可能になる。
【００１２】
本発明の別の一態様は、必要となる波長の数を最小限に抑える非受動的な出力切替ネットワークも開示する。
【００１３】
（詳細な説明）
現在開示されているビーム形成ネットワークは、いくつかの方法で単純な波長分割マルチプレクサ（ＷＤＭ）技術を利用する。図４は、Ｎ＝３の場合に１×ＮのＷＤＭが動作する方法を示している。単一の共通ファイバ１がＮの波長を１個の分散コンポーネント２に搬送し、そこでその波長は空間的に分離されてＮの単一波長ファイバ３に導かれる。このデバイスは１個のＮ×１の結合器として逆に作動することができる。このモードでは、単一波長ファイバのうちの１個に誤った波長がある場合、その波長は共通ファイバには結合しないものと想定する。ＷＤＭによって渡される波長帯域は製造中に調整可能である。
【００１４】
図２を参照すると、ヘテロダインＴｒｕｅ−Ｔｉｍｅ−Ｄｅｌａｙシステムに適用される本発明の一実施形態の回路ブロック図による略図が示されている。この特定の実施形態では、システムはＢ＝２の着信波面を受信し、Ｂ＝２の合成されたレーザビーム（ビーム１およびビーム２）、Ｆ＝４の光ファイバ（α、β、γ、δ）、およびＰ＝３のポートまたは遅延線（Ａ、Ｂ、Ｃ）を使用してその着信波面のそれぞれを別個の出力部に導く機能を有する。理解し易いように、システムはビーム１をポートＡに導きビーム２をポートＢに導くようセットされているものと更に想定する。
【００１５】
それぞれの周波数がｆ０１およびｆ０２である波面２０および２１がアンテナアレイ２２によって受信される。波面２０および２１は検出され、次いでフィード線の１個の集合２３に下降する。
【００１６】
アナログまたはデジタルビーム形成回路２４は局部発振器波面２６を生成する。波面２６はＲＦ周波数ＦＬＯ１で電気ドメイン内にあり、４つの電気ケーブルまたは導波路αＬＯ１、βＬＯ１、γＬＯ１、δＬＯ１で周波数ｆＬＯ１の相対的位相によって定義される。これらの電気信号は、出力が増大する４つのレーザを輝度変調するためにポート／ビーム選択ブロック２８によって使用され、次いで局部発振器波面２６と同じ相対的位相を帯びる。これらの４つの光信号は次いで４つの光ファイバα１、β１、γ１、δ１に出力され、そこでファイバ間の光強度の相対的位相は光波面２６Ａを定義する。対称的に、アナログまたはデジタルビーム形成回路２５は、ＲＦ周波数ｆＬＯ２で電気ドメイン内の局部発振器波面２７を生成し、４つの電気ケーブルまたは導波路αＬＯ２、βＬＯ２、γＬＯ２、δＬＯ２で周波数ｆＬＯ１の相対的位相によって定義される。ポート／ビーム選択ブロック２９は波面２７を光波面２７Ａに変換し、その４つの出力ファイバ（α２、β２、γ２、δ２）のそれぞれに、ビーム２に望まれる特定の遅延線（ポート）に従って単一波長を出力する。
【００１７】
結合モードで動作中のＷＤＭ３０は、α１およびα２からのレーザ光をファイバαに、β１およびβ２からのレーザ光をファイバβに、γ１およびγ２からのレーザ光をファイバγに、δ１およびδ２からのレーザ光をファイバδに導く。したがってフィード線の１個の集合３３を形成している各光ファイバα、β、γおよびδは２つの波長を搬送する。この結果、２つの合成された光波面３１および３２は、それぞれに局部発振器周波数ｆＬＯ１およびｆＬＯ２でファイバ線の集合３３を通過することになる。
【００１８】
着信波面２０と合成された波面３２はミキサー３４で交差して、この２つの波面の線ごとの混合が行われる。このような混合は、ｆ０１の周波数を波面３６に関連付けられた中間周波数ｆＩＦ１にアップコンバートまたはダウンコンバートする。同様に、波面２１と合成された波面３１はミキサー３４で交差して、この２つの波面の線ごとの混合は波面３７に関連付けられた中間周波数ｆＩＦ２を生成する。波面３６および３７はフィード線の１個の集合３５を下降してＷＤＭ３８に入る。波面３６および３７は対応する遅延線の集合３９（ポートＡ）、４０（ポートＢ）、または４１（ポートＣ）を通ってそれぞれに所望のポートに導かれる。図２の特定の実施例では、ＷＤＭ３８はビーム１をポートＡに、ビーム２をポートＢに出力している。波面４２および４３はそれぞれに遅延線の２つの集合３９および４０を通ってＷＤＭ４４に入る。
【００１９】
ＷＤＭ４４内では、遅延線の集合３９を通って入る波面４２（ビーム１）は単一ファイバにベクトル合計されて光検出デバイス４６に導かれる。電気信号Ｓ１４８（ビーム１に対応する）は光検出デバイス４６によって出力され、データ処理ユニットに送られる。同様に、遅延線の集合４０を通って入る波面４３は単一ファイバにベクトル合計されて光検出デバイス４５に導かれる。電気信号Ｓ２４７（ビーム２に対応する）は光検出デバイス４５によって出力され、データ処理ユニットに送られる。
【００２０】
これで同時に検出された着信波面２０および２１は本発明を形成するシステムによって区別が完了し、それらが搬送する情報を別個に処理することができる。
【００２１】
図２では特定の構成が扱われているが、２次元システムにも、またＢ、ＦおよびＰがどのような値であっても、更にヘテロダイニングＲｏｔｍａｎビームフォーマーのような他のタイプのビーム形成デバイスにも同じ原理が成り立ち、本発明を適用することができる。
【００２２】
図３ａは、図２に示す本発明の実施形態に必要となるＷＤＭ波長階層を示す。このようなシステムの場合、Ｎλ＝２４（Ｐ×Ｂ×Ｆ＝３×２×４）の波長が図２のブロック２８および２９に対して使用可能であることが必須である（ブロック２８に１２、ブロック２９に１２）。ブロック２８は、ビーム１にどのポートが選択されているかに応じて波長範囲Ａ１、Ｂ１またはＣ１の１個を活動化し、ブロック２９は、ビーム２にどのポートが選択されているかに応じて波長範囲Ａ２、Ｂ２またはＣ２の１個を活動化する。波長範囲Ａ１、Ｂ１、Ｃ１、Ａ２、Ｂ２、Ｃ２はそれぞれに図３ａに示すＦ＝４の波長で構成されている。したがってポートおよびビームの選択は、ビームごとにＦ＝４の波長群を切替えることによって達成される。図３ｂは、ビーム１をポートＡに、またビーム２をポートＢに導くためにどの特定の波長を活動化する必要があるかを示している。これを達成するためには、範囲Ａ１に対応するＦ＝４の波長、すなわちλＡα１、λＡβ１、λＡγ１、λＡδ１、および範囲Ｂ１に対応するＦ＝４の波長、すなわちλＢα２、λＢβ２、λＢγ２、λＢδ２が活動化される。
【００２３】
より多くのファイバ、ビーム、またはポートを含めるための拡張は、図３ｂに示す両側の範囲に追加の波長を付け加えることによって達成される。
【００２４】
図５を参照すると、図２および図３ａ［？］に関して論じた機能を実行するために必要となるＷＤＭフィルタおよび相互接続の詳細な配列が示されている。図５は図２のボックス１の詳細なブロック図である。図中、ポートＡを通過しているビーム１（太い実線）とポートＢを通過しているビーム２（太い破線）の光路が強調表示されている。
【００２５】
ファイバα、β、γ、δの光は１×３のポートデマルチプレクサＷＤＭ６０に入る。［？］これらのＷＤＭのそれぞれへの入力ファイバは２つの波長を搬送しており（図２の波面３６および３７に対応するビーム１に対して１個とビーム２に対して１個）、図４の共通ファイバ１に対応している。各ＷＤＭの３つの出力ファイバのそれぞれは図３ａで定義されている単一の波長範囲Ａ、ＢまたはＣを伝送する。したがって波長群Ａ１、Ｂ１、Ｃ１、Ａ２、Ｂ２、Ｃ２のどれが入るかに応じて、ＷＤＭはビーム１およびビーム２に対して遅延線の集合Ａ、ＢまたはＣを選択する。例えばファイバαおよび対応するＷＤＭα８６を想定する（図５）。ファイバαを通過する２つの波長（ビーム１に１個とビーム２に１個）はＷＤＭαに入る。両方の波長がＡの波長範囲すなわち１個は範囲Ａ１にありもう１個は範囲Ａ２にある場合、ＷＤＭαは両方の波長を遅延線６１（太い実線）に導く。両方の波長がＢの波長範囲すなわち１個は範囲Ｂ１にありもう１個は範囲Ｂ２にある場合、ＷＤＭαは両方の波長を遅延線６２（太い破線）に導く。両方の波長がＣの波長範囲すなわち１個は範囲Ｃ１にありもう１個は範囲Ｃ２にある場合、ＷＤＭαは両方の波長を遅延線６３（細い実線）に導く。１個の波長、例えばλＡαが範囲Ａ（Ａ１またはＡ２）にあり、もう１個の波長、例えばλＢαが範囲Ｂ（Ｂ１またはＢ２）にある場合、ＷＤＭαはλＡαを遅延線６１に導き、またλＢαを遅延線６２に導く。１個の波長、例えばλＡαが範囲Ａ（Ａ１またはＡ２）にあり、もう１個の波長、例えばλＣαが範囲Ｃ（Ｃ１またはＣ２）にある場合、ＷＤＭαはλＡαを遅延線６１に導き、またλＣαを遅延線６３に導く。１個の波長、例えばλＢαが範囲Ｂ（Ｂ１またはＢ２）にあり、もう１個の波長、例えばλＣαが範囲Ｃ（Ｃ１またはＣ２）にある場合、ＷＤＭαはλＢαを遅延線６２に導き、またλＣαを遅延線６３に導く。ＷＤＭαは３個の出力ファイバを有しているが、ＷＤＭには２個の波長しか入らないので、所与の時点では最大２個がアクティブであることに留意されたい。
【００２６】
遅延線の集合６１、６２または６３を通過後、各遅延線の集合の４つのファイバからの光は次にビームデマルチプレクサＷＤＭ群６４、６５または６６に直面する。これらの群のそれぞれは４個の１×２のＷＤＭから構成されている。波長範囲Ａ１および／またはＡ２はＷＤＭ群６４に入り、分離される。範囲Ａ１の波長はファイバマルチプレクサＷＤＭ６７に導かれ、範囲Ａ２の波長はファイバマルチプレクサＷＤＭ６８に導かれる。同様の方法で、波長範囲Ｂ１および／またはＢ２はＷＤＭ群６５に入り、分離される。範囲Ｂ１の波長はファイバマルチプレクサＷＤＭ６９に導かれ、範囲Ｂ２の波長はファイバマルチプレクサＷＤＭ７０に導かれる。最後に波長範囲Ｃ１および／またはＣ２はＷＤＭ群６６に入り、分離される。範囲Ｃ１にある波長はファイバマルチプレクサＷＤＭ７１に導かれ、範囲Ｃ２にある波長はファイバマルチプレクサＷＤＭ７２に導かれる。この動作は、ＷＤＭ群６４、６５、および６６に含まれる各１×２のＷＤＭの出力部で、ビーム１の光を１個のファイバ上に配置し、ビーム２の光をもう１個のファイバ上に配置するために役立つ。
【００２７】
各ファイバマルチプレクサＷＤＭ６７、６８、６９、７０、７１および７２は４個の入力ファイバから光を受信し、それらを結合して単一の出力ファイバにする。各ファイバマルチプレクサの４個の入力ファイバは、図３ａの範囲Ａ１、Ｂ１、Ｃ１、Ａ２、Ｂ２、Ｃ２の下に示されている個々の波長α、β、γ、δをそれぞれに搬送する。４個の入力ファイバからの光のファイバマルチプレクサによる結合は、光搬送波の包絡線をベクトル合計してビームを形成するために役立つ。ファイバマルチプレクサＷＤＭ６７、６９および７１はそれらの単一の出力をそれぞれファイバ７８、７９および８０を通ってビーム１マルチプレクサ７３に導く。ファイバマルチプレクサＷＤＭ６８、７０および７２は、それらの単一の出力をそれぞれファイバ８１、８２、８３を通ってビーム２マルチプレクサ７４に導く。ファイバ７８、７９および８０は次いでビーム１マルチプレクサ７３によって単一ファイバ８４に合成され、ファイバ８１、８２、８３はビーム２マルチプレクサ７４によって単一ファイバ８５に合成される。ビーム１マルチプレクサ７３の入力通過帯域は波長範囲Ａ１、Ｂ１、Ｃ１である。ビーム２マルチプレクサ７４の入力通過帯域は波長範囲Ａ２、Ｂ２およびＣ２である。ファイバ８４を通過するビーム１は光検出デバイス７５によって光検出され、ファイバ８５を通過するビーム２は光検出デバイス７６によって光検出される。
【００２８】
ビーム１個あたり光検出デバイスは１個あれるだけでよい。ビーム走査角度およびどの遅延線の集合が選択されたかには関係なく、ビーム１はビーム１出力ポートに常に出現し、ビーム２はビーム２出力ポートに常に出現する。
【００２９】
図５の基本的な発明の一代替形態では、ポートデマルチプレクサ６０およびビームデマルチプレクサ６４、６５、６６は、図６に示されるような単一のファイバ分配器に置き換えられる。ポートデマルチプレクサおよびビームデマルチプレクサ６０、６４、６５、６６によって実行されるフィルタリングはファイバマルチプレクサ６７、６８、６９、７０、７１および７２によって実行されるフィルタリングと重複しているのでこれは可能である。図６を参照すると、図５のポートデマルチプレクサおよびビームデマルチプレクサは４個の１×６のファイバ分配器に置き換えられている。残りの構成は同じであり、同じ機能が実行される。別法として、ファイバマルチプレクサおよびビームマルチプレクサは、ネットワークの性能に影響を与えずに結合器と置き換えることができる。この構成は図７に示されており、２個の１２×１の結合器１００および１０１は、図５のファイバマルチプレクサおよびビームマルチプレクサ６７、６８、６９、７０、７１、７２、７３および７４に置き換えられる。
【００３０】
図８を参照すると、本発明の更に別の一実施形態が示されている。この変形形態では、図５のポートデマルチプレクサ６０は同数の１×３のファイバ分配器１１０に置き換えられている。光検出はファイバマルチプレクサ１１３の出力部で行われるが、これは光検出器１１１によって実行される。図５のビームマルチプレクサ７３および７４は、各ビームに所望の遅延線を選択することを可能にする電気スイッチ１１２に置き換えられる。電気スイッチの追加によって、遅延線の集合を選択するためにレーザ波長を使用する必要はなくなる。したがって図８の構成は、必要となる波長の総数をＮλ＝Ｐ×Ｂ×Ｆ＝２４からＮλ＝Ｂ×Ｆ＝８まで低減させる。ビームフォーマーがＰ＝６よりも多くのポートを有している場合、現在の構成は図５の純粋なＷＤＭ構成よりも損失を高めることになるが、波長はＰ分の１だけあればよい。図１１は、図８の構成に必要となる波長階層を示している。
【００３１】
これらの波長は、ビームの分離と非干渉性の合計にのみ使用される。図１１の波長階層は図３ｂに示した波長階層の省略版であり、図３ｂの空の波長スロットは、ポート選択用の波長範囲の代わりに電気スイッチを使用することによって除去されている。
【００３２】
本発明の更に別の一変形形態では、図５のポートデマルチプレクサおよびビームデマルチプレクサを単一ポート／ビームデマルチプレクサに置き換えることができる。この構成では遅延線はビームによって共有することができず、Ｂ倍の数の遅延線が必要となる。一方、１×Ｘおよび１×ＹのＷＤＭの代わりに１×ＺのＷＤＭを使用すると、Ｘ＜６とＹ＜６の場合の損失は低減させることができるがＺ＝ＸｘＹ＞６の場合の損失は低減させることができない。Ｐ＝３、Ｂ＝２、およびＦ＝４であるこの特定の実施例では、図５の１×３のポートデマルチプレクサおよび１×２のビームデマルチプレクサ６０、６４、６５および６６は図９に示す１ような１×６のポート／ビームデマルチプレクサに置き換えられる。これらの１×６のポート／ビームデマルチプレクサは、図３Ａに示すような通過帯域Ａ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２、Ｃ１、Ｃ２を有する６個の出力ファイバを有する。出力ファイバは、図５の対応するファイバマルチプレクサ６７、６８、６９、７０、７１および７２に接続されている。
【００３３】
図５の基本的な本発明の別の有用な一変形形態は、図１０に示すように各ファイバマルチプレクサ６７、６８、６９、７０、７１および７２の出力部に光検出器を配置する。この場合、ファイバマルチプレクサ６７、６９および７１の後方に配置された光検出器の出力部（それぞれＡ１、Ｂ１、Ｃ１）はビーム１に電気的に結合することができ、ファイバマルチプレクサ６８、７０および７２の後方に配置された光検出器の出力部（それぞれＡ２、Ｂ２、Ｃ２）はビーム２に電気的に結合することができる。所与の時点ではＡ１、Ｂ１、Ｃ１からの３個の出力部の１個だけがアクティブであり、また所与の時点ではＡ２、Ｂ２、Ｃ２からの３個の出力部の１個だけがアクティブなのでこれは可能である。この構成は切替えを一切必要とせず完全に受動的である。これは波長再利用ネットワーク内で重要な応用例を有しているが、それについては以下で論じる。
【００３４】
一般にフェーズドアレイアンテナは２次元で動作し、２次元遅延線ネットワークを必要とする。図１２は、４×４のファイバアレイ１２０がＰ＝４の遅延ポートＡ、Ｂ、ＣおよびＤに供給する場合を示す。合計Ｆ×Ｐ＝１６×４＝６４の遅延線が要求される。簡約化のため、図１２ａは、アレイ１２０の最上列のファイバγを４個のポートＡ、Ｂ、ＣおよびＤに接続する遅延線１２１、１２２、１２３および１２４のみを示す。明瞭化のため、図１２ｂにはポートＣに供給している遅延線のみを示す。システムを構成するＦ×Ｐの遅延線のそれぞれは、システムの幾何学的配置および遅延線内での光の速度によって決定された明確な経路長を有する。方程式１２５は、システムの幾何学的配置（すなわちアンテナコンポーネント間隔Ｄ、遅延線走査角度成分ΘｘおよびΘｙ）および遅延線内での光の速度を想定すると、１個のファイバから次のファイバまでのｘおよびｙ方向への経路長の差分ΔＬｘおよびΔＬｙを示す。
【００３５】
遅延線用のファイバを使用して実施される場合、図１２の遅延線ネットワークは製造することが難しく、特定の長さへの切断とＦ×Ｐのファイバの接続とを慎重に行わなければならない。しかしこの３次元構造を２次元に縮小して、シリカオンシリコン（ＳＯＳ）導波路技術を使用して統合された構造でＷＤＭと共に製造することができる。入力ファイバと出力ポートの間での長さの独自のマッピングがあるので、２次元へのこの縮小は可能である。例えば図１２ａを参照すると、ポートＡに接続されたファイバ１２１（最上列のファイバγ）はネットワーク内で独自の長さを有する。ネットワークを構成するＦ×Ｐのファイバすべてに関してこれは真である。したがって、各ファイバは平面上に配置することができる。それぞれの長さが尊重される限り、この新しい２次元構造は図１２の３次元構造と等価であり、同じ機能を実行することができる。２次元に縮小された場合、遅延線の導波路は交差し合い、僅かにネットワークの損失が増加することに留意されたい。低損失のクロスオーバーはＳＯＳを使用して容易に作成されるが、クロスオーバー数を最小限に抑えることによってネットワークの損失を最小限にすることができる。図５では、ＷＤＭの４個の行の間にあるすべての３個の領域でクロスオーバーが発生している。相互接続を同じ状態で維持しながら各行内でＷＤＭの異なる配列を試すことは、複数の領域にクロスオーバーを配置することによってその数が最小限に抑えられることを示している。図５のネットワークは、試されている配列に対して最小限のクロスオーバーを与えている。したがってこれはＳＯＳによって作成された低損失構造に対する適した候補である。アレイ波長回折格子（ＡＷＧ）タイプのＷＤＭはＳＯＳを使用して製造することができ、交差する導波路および／または遅延線と同じ基板上で容易に統合することができる。図５の配列は、１つまたは複数の基板上でのネットワークの標準化および製造に適している。例えば相互接続およびルーティングＷＤＭ１３２の標準の１個の集合（図５）をある基板上で作成することができ、標準入力インターフェース１３０を別の基板上で作成することができる。特定用途向け遅延線１３１はこの場合、ネットワーク内に作成して組み込むことができる。この手法は、必要となる遅延線に関してのみ異なる多数の光ビームフォーマーを作成するコストを実質的に低減させるものである。最も多くのクロスオーバーを有する相互接続およびルーティングセクション１３２は標準のものの一部なので、損失を低減するために特別の注意を払うことができる。
【００３６】
図１３を参照すると、すべてのクロスオーバーを１個のセクションに配置してＷＤＭを基板上に再配列することのできる方法の一例が示されている。この配列はより多くのクロスオーバーを有し、したがって図５の配列よりも損失は高くなる。図５のネットワークはネットワーク切替アーキテクチャを想定して開発されているが、図１３の再配列されたシステムはインライン切替ネットワークのように見える（図１と比較されたい）。ＷＤＭシステムはしたがって、相互接続を同じ状態に維持しながら、単にＷＤＭおよび導波路を回転させることによってどちらのネットワークのタイプにも見えるように作成することができる。したがって本発明はネットワーク切替アーキテクチャでもインライン切替アーキテクチャでも同様に適切に使用することができる。
【００３７】
５０ＧＨｚの間隔を伴って１５５０ｎｍの帯域の標準ＩＴＵ波長が使用される場合、システムは約１００の波長に限定される。この数は非標準の１３００ｎｍ帯域を使用して最高Ｎλ＝Ｐ×Ｂ×Ｆ＝２００の波長まで倍増させることができる。大部分の実用的なシステムは、ビームおよびポートの動作用にほとんど余地を残さずに約１００ファイバを有している。この制約を克服するために、次に波長再利用の方法を開示する。
【００３８】
本明細書に記載のＷＤＭ技術は波長再利用に適している。図１４に示す一般的な手法は、入力ファイバの２次元アレイ１３４を、各セルがＷ＝Ｐ×Ｂ×（Ｆ／Ｍ）の波長を使用するような方法でＭのサブアレイまたはセル１３５および１３６に分割することである。したがってＭ≧２の場合、Ｗは元のネットワークで必要となる波長の数の分数である。各セルがＷの波長の同じ集合を使用することから「波長再利用」と呼ばれる。各セルの出力は、遅延線／ポート（図１４のＡ、ＢまたはＣ）を通過後、別個に光検出される。光検出後、光検出器のＲＦ出力は、出力ビームを形成するために、同等な長さまたは共通の供給によって電気的に合計される。セルは、ファイバアレイ、列、行、列または行部分の任意のサブセットによって、またはアレイ全体から任意に選択されたコンポーネントによってさえも形成することができる。必要とされるのは、挿入される遅延が正確であるということだけである。各セルに対するビーム形成ネットワークは独立しており自己充足的である。図１４は、Ｍ＝２のセルに分割された４×４のアレイのファイバであって各セルが２×４のファイバを含んでいる特定の一例を示している。この実施例では簡約化のために、各セルは１個のビームだけをＰ＝３のポートに供給するものと想定している。一般に、セルはＲｏｔｍａｎレンズの異なる部分を表しているので、遅延線の異なる集合を有している。しかしこれらのセルはすべて同じ波長、ＷＤＭ構造、および相互接続アーキテクチャを使用する。したがってこの構成は、前述のコスト節約型の標準化に適している。実際、すべてのセルネットワークは、利用される遅延線によって挿入される遅延の量が異なるだけで同一の入力インターフェースおよび相互接続／ルーティングモジュールを使用することが好ましい。
【００３９】
図１５ａは、波長再利用方法で利用されるＷＤＭアーキテクチャを示している。ビームマルチプレクサが除去されて各ファイバマルチプレクサの出力部に配置された光検出器に置き換えられていること以外、この構造は図５の構造と同一であることに留意されたい。光検出後、信号は前述のように電気的に結合することができる。図１５ｂは図１５ａの簡約化したブロック図である。波長再利用構成は図５の実施形態のＭ分の１の波長を使用するので、同じ機能を達成するためには図１５ｂに示すタイプのＭのセル１４０を使用することになる。第１のセルはＷの波長の１個の集合を使用し、すべての後続セルはＷの波長の同じ集合を「再利用」する。
【００４０】
図１６は、波長再利用方法によって４×４のファイバアレイの機能を実行するためにセル１４０を接続することができる方法の一例を示す。図１６のシステムはＢ＝２のビームとＰ＝３のポートを取り扱うものであり、３次元である従来技術のファイバアレイとは対照的に２次元システムである。セル１５１、１５２、１５３、および１５４は、それぞれに４×４のファイバアレイの列１、２、３、および４を表している。各セルはＰ×Ｂの電気出力部Ａ１、Ｂ１、Ｃ１、Ａ２、Ｂ２、Ｃ２を有する独立したＷＤＭネットワークであり、それぞれが同じＰ×Ｂ×（Ｆ／Ｍ）＝３×２×（１６／４）＝２４の波長を必要とする。セルは遅延線の長さ以外は同一である。各セルの出力Ａ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２、Ｃ１、Ｃ２は、共通の供給１６１を介して対応するビーム合計接続部１５５、１５６、１５７、１５８、１５９、１６０にそれぞれ導かれる（すなわち、すべてのＡ１セルの出力はＡ１合計接続部１５５に導かれ、すべてのＡ２セルの出力はＡ２合計接続部１５６に導かれるという具合である）。明瞭化のため、図１６にはＡ１、Ａ２およびＣ２に対応する３個のフィード線のみを示す。Ａ１ビーム合計接続部１５５に入る４個の信号は次いで単一ビームにベクトル合計される。同様のことがビーム合計接続部１５６、１５７、１５８、１５９、および１６０でも行われる。Ａ１、Ｂ１、Ｃ１接続部１５５、１５６、１５７は次いで共通ビーム１出力部１６２にそれぞれ供給される。Ａ２、Ｂ２、Ｃ２接続部１５８、１５９、１６０は次いで共通ビーム２出力部１６３にそれぞれ供給される。ネットワークは切替えを一切必要とせず、完全に受動的である。
【００４１】
ＦのファイバとＭのセルを有するファイバアレイは、Ｂ×Ｐ×Ｍの光検出器を必要とする。必要となる光検出器の数はアレイ中のファイバ数とは独立しており、ベクトル合計に必要となる各ファイバに対して異なる波長を使用しない更に多くの従来型ネットワークと比較して大幅な低減である。
【００４２】
例えばＷＤＭが図１７の波長階層を使用するネットワーク切替アーキテクチャのポートおよびビームの動作のために使用される場合、図１８に示すように光検出器はすべてのファイバ上に配置する必要がある。これは、図１８に示すようにＢ×Ｐ×Ｆの検出器、または図１９に示すようにそれぞれがＦの検出器を含んでいるＢの検出器アレイのポート切替を必要とする（Ｂ×Ｆの検出器の合計に関して）。必要となる光検出器の数は増加するが、必要となる波長の数は減少する。図１８の実施例では２４の光検出器が必要となるが、システムが機能するためには６の波長しか必要とされない。ＭはＦよりも格段に少ない場合があるので、１個が多数の波長を再利用する場合、Ｂ×Ｐ×ＭはＢ×Ｐ×ＦとＢ×Ｆの両方よりも大幅に少なくすることができ、したがって必要となる光検出器の数を大幅に低減することができる。レーザ波長を追加することに対して光検出器の数を低減することのコストと複雑さの兼ね合いは、それぞれの特定のフォトニックビーム形成システムに対してなされる必要がある。
【００４３】
上述のようにファイバ分配器をＷＤＭの代用とすることができる。更に、Ａ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２、Ｃ１、Ｃ２接続部の出力で切替えが使用される場合、必要となる波長の数を更にＢ×（Ｆ／Ｍ）＝８に低減するために、図１１に類似のビームファイバ波長階層を使用することができる。この場合、それぞれがＰ＝３の可能な位置を有するＢ＝２のスイッチが必要となる。
【００４４】
本発明をその特定の実施形態に関して説明したが、当業者には修正形態および変形形態が確実に想起されよう。したがって本発明は、添付の特許請求の範囲によって要求されるもの以外、開示された実施形態に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１ａおよび１ｂ】
従来から使用されている２つのタイプの遅延線ネットワークであるネットワーク切替えおよびインライン切替えをそれぞれに示す図である。
【図２】
ヘテロダインＴｒｕｅ−Ｔｉｍｅ−Ｄｅｌａｙシステムに適用される本発明による一実施形態の回路ブロック図による略図である。
【図３ａ】
図２の実施形態に必要となる波長階層を示す表である。
【図３ｂ】
ビーム１がポートＡに導かれ、ビーム２がポートＢに導かれる場合に活動化されるレーザ波長の一例を示す図である。
【図４】
１×３のＷＤＭが概念上どのように動作するかを示す図である。
【図５】
図２のボックス１のブロック図である。図２および図３に関して論じた機能を実行するために必要となるＷＤＭおよび相互接続の詳細な配列を示す図である。
【図６】
ＷＤＭがファイバ分配器に置き換えられた図５に示すネットワークの変形形態を示す図である。
【図７】
ＷＤＭがファイバ結合器に置き換えられた図５に示すネットワークの変形形態を示す図である。
【図８】
必要となる波長の数を低減するためにポート分配器と電気スイッチとを利用する図５の本発明の別の一変形形態を示す図である。
【図９】
ポートおよびビームのデマルチプレクサがポートビームデマルチプレクサに置き換えられた図５の本発明の別の一変形形態を示す図である。
【図１０】
光検出器が各ファイバマルチプレクサの出力部に配置されており信号が電気的に結合される図５の本発明の別の一変形形態を示す図である。
【図１１】
図８の実施形態に関して必要となる波長階層を示す表である。
【図１２ａおよび１２ｂ】
４×４のファイバアレイが４つの遅延ポートに供給する場合のネットワーク切替遅延線ネットワークを構成する３次元構造を示す図である。
【図１３】
すべてのクロスオーバーをネットワークの１個のセクションに配置するようにＷＤＭが再配列された図５の実施形態のブロック図である。
【図１４】
波長再利用技術を併用して図１２ａおよび１２ｂの４×４のファイバアレイを２つの２×４のアレイに分割することができる方法を示す図である。
【図１５ａ】
波長再利用方法で使用されるＷＤＭアーキテクチャを示す図である。
【図１５ｂ】
ネットワークセルを表す、図１５ａの簡約化されたブロック図である。
【図１６】
４×４のファイバアレイの場合に、図１５ｂのネットワークセルが波長再利用方法を併用して接続される方法を示す図である。
【図１７】
図１８および１９の実施形態に関して必要となる波長階層を示す表である。
【図１８】
ポートおよびビーム動作のためにＷＤＭフィルタが使用される場合にＢ×Ｐ×Ｆの光検出器が必要となる、本発明の別の一変形形態を示す図である。
【図１９】
ＷＤＭフィルタは図１８のようにのみポートおよびビーム動作のために使用されるが、光スイッチを使用するという理由からＢ×Ｆの光検出器のみを必要とする本発明の更に別の一変形形態を示す図である。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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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８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５ａ】
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【図１５ｂ】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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2004515092.tif 000072
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004515092.tif 000073
2004515092.tif 000074
【手続補正書】
【提出日】平成14年3月7日(2002.3.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）複数の波長分割マルチプレクサ（ＷＤＭ）と、
（ｂ）前記複数のＷＤＭのうちの少なくとも選択されたものに接続している複数の遅延線と、
（ｃ）前記複数のＷＤＭのうちの少なくとも選択されたものに接続している複数の導波路とを含むビーム形成デバイス。
【請求項２】
前記複数のＷＤＭの第１のサブセットがポートデマルチプレクサとして動作し、前記第１のサブセットの要素が、ビームデマルチプレクサとして動作する前記複数のＷＤＭの第２のサブセットの要素に接続され、前記第１のサブセットと第２のサブセットとが、前記複数の遅延線によって接続されており、前記第２のサブセットが、ファイバマルチプレクサとして動作する前記複数のＷＤＭの第３のサブセットに接続され、前記第２と第３のサブセットが、前記複数の導波路のうちの少なくとも選択されたものによって接続されており、前記第３のサブセットが、ビームマルチプレクサとして動作する前記複数のＷＤＭの第４のサブセットに接続され、前記第３と第４のサブセットが、前記複数の導波路のうちの少なくとも選択されたものによって接続されている請求項１に記載のビーム形成デバイス。
【請求項３】
ビームマルチプレクサとして動作する前記複数のＷＤＭの前記第４のサブセットの複数の出力部に光学的に接続された複数の光検出器を更に含む請求項２に記載のビーム形成デバイス。
【請求項４】
複数の導波路分配器を更に含み、前記複数の導波路分配器が、前記複数のＷＤＭのうちの少なくとも選択されたものに、前記複数の遅延線によって接続されている請求項１に記載のビーム形成デバイス。
【請求項５】
前記複数の導波路分配器が、ファイバマルチプレクサとして動作する前記複数のＷＤＭの第１のサブセットに、前記複数の遅延線によって接続されており、前記第１のサブセットが、ビームマルチプレクサとして動作する前記複数のＷＤＭの第２のサブセットに接続され、前記第１と第２のサブセットが前記複数の導波路を介して接続されている請求項４に記載のビーム形成デバイス。
【請求項６】
ビームマルチプレクサとして動作する前記複数のＷＤＭの前記第２のサブセットの複数の出力部に光学的に接続された複数の光検出器を更に含む請求項５に記載のビーム形成デバイス。
【請求項７】
複数の導波路結合器を更に含み、前記複数の導波路結合器が、前記複数のＷＤＭのうちの少なくとも選択されたものに、前記複数の導波路によって接続されている請求項１に記載のビーム形成デバイス。
【請求項８】
ポートデマルチプレクサとして動作する前記複数のＷＤＭの第１のサブセットが、前記複数の遅延線によってビームデマルチプレクサとして動作するＷＤＭの第２のサブセットに接続されており、前記第２のサブセットが前記複数の導波路結合器に接続されており、前記第２のサブセットと前記導波路結合器が前記複数の導波路によって接続される請求項７に記載のビーム形成デバイス。
【請求項９】
前記ファイバ結合器の出力部に光学的に接続された複数の光検出器を更に含む請求項８に記載のビーム形成デバイス。
【請求項１０】
複数の導波路分配器と、複数の光検出器と、複数の電気スイッチとを更に含み、前記複数の導波路分配器が、ビームデマルチプレクサとして動作するＷＤＭの第１のサブセットに、前記複数の遅延線によって接続されており、前記第１のサブセットが、ファイバマルチプレクサとして動作するＷＤＭの第２のサブセットに、前記導波路のうちの少なくとも選択されたものによって接続されており、ＷＤＭの前記第２のサブセットが、前記導波路のうちの少なくとも選択されたものによって前記複数の光検出器に接続された出力部を有しており、前記光検出器のうちの少なくとも選択されたものが、電気線によって前記電気スイッチのうちの少なくとも選択されたものに接続された出力部を有している請求項１に記載のビーム形成デバイス。
【請求項１１】
ポート／ビームデマルチプレクサとして動作する前記複数のＷＤＭの第１のサブセットが、ファイバマルチプレクサとして動作するＷＤＭの第２のサブセットに接続され、前記第１のサブセットと前記第２のサブセットとが前記複数の遅延線によって接続され、前記第２のサブセットが、ビームマルチプレクサとして動作するＷＤＭの第３のサブセットに接続され、前記第２のサブセットと前記第３のサブセットとが前記複数の導波路によって接続される請求項１に記載のビーム形成デバイス。
【請求項１２】
ＷＤＭの前記第３のサブセットの出力部に、前記複数の導波路のうちの少なくとも選択されたものによって光学的に接続された複数の光検出器を更に含む請求項１１に記載のビーム形成デバイス。
【請求項１３】
複数の電気導波路結合器と複数の光検出器とを更に含み、ポートデマルチプレクサとして動作するＷＤＭの第１のサブセットが、ビームデマルチプレクサとして動作するＷＤＭの第２のサブセットに、前記複数の遅延線によって接続されており、前記第２のサブセットが、ファイバマルチプレクサとして動作するＷＤＭの第３のサブセットに、前記導波路のうちの少なくとも選択されたものによって接続されており、ＷＤＭの前記第３のサブセットが、前記導波路のうちの少なくとも選択されたものによって前記複数の光検出器に接続された出力部を有しており、前記光検出器のうちの少なくとも選択されたものが、前記電気導波路結合器のうちの少なくとも選択されたものに、電気線によって接続された出力部を有している請求項１に記載のビーム形成デバイス。
【請求項１４】
前記第２のサブセットの要素がインライン切替アーキテクチャに従って配列され、それによって、前記第２のサブセットと前記第３のサブセットとの間の領域に、すべての導波路のクロスオーバーを集中させる請求項２に記載のビーム形成デバイス。
【請求項１５】
前記第２のサブセットの要素が、ネットワーク切替アーキテクチャに従って配列される請求項２に記載のビーム形成デバイス。
【請求項１６】
複数の電気導波路結合器と複数の光検出器とを更に含み、ポートデマルチプレクサとして動作するＷＤＭの第１のサブセットが、ビームデマルチプレクサとして動作するＷＤＭの第２のサブセットに、前記複数の遅延線によって接続され、第２のサブセットの前記要素が、前記導波路のうちの少なくとも選択されたものによって前記複数の光検出器に接続された出力部を有しており、前記光検出器が、前記電気導波路結合器のうちの少なくとも選択されたものに、電気線によって接続された出力部を有している請求項１に記載のビーム形成デバイス。
【請求項１７】
複数の電気導波路結合器と、複数の光検出器と、複数の光スイッチとを更に含み、
ポートデマルチプレクサとして動作するＷＤＭの第１のサブセットが、ビームデマルチプレクサとして動作するＷＤＭの第２のサブセットに、前記複数の遅延線によって接続され、第２のサブセットの要素が、前記光スイッチのうちの少なくとも選択されたものに、前記導波路のうちの少なくとも選択されたものによって接続され、前記光スイッチが、前記光検出器のうちの少なくとも選択されたものに、前記導波路のうちの少なくとも選択されたものによって接続された出力部を有しており、前記光検出器が、前記電気導波路結合器のうちの少なくとも選択されたものに、電気線によって接続された出力部を有している請求項１に記載のビーム形成デバイス。
【請求項１８】
前記複数のＷＤＭと、前記複数の遅延線と、前記複数の導波路とが光コンポーネントである請求項１乃至１７のいずれか１つに記載のビーム形成デバイス。
【請求項１９】
前記複数のＷＤＭが、アレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）フィルタを含む請求項１乃至１８のいずれか１つに記載のビーム形成デバイス。
【請求項２０】
前記複数のＷＤＭと、前記複数の遅延線と、前記複数の導波路とが、共通の基板上で統合される請求項１乃至１９のいずれか１つに記載のビーム形成デバイス。
【請求項２１】
（ａ）各々が複数の光波長を含む複数の光波面を合成するステップと、
（ｂ）複数の着信電波面をアンテナによって受信するステップと、
（ｃ）前記複数の光波面と前記複数の着信電波面とを光変調によって混合して、複数の合成された光波面を提供するステップと、
（ｄ）各合成された光波面を複数の遅延線の所定のセットに導くステップと、
（ｅ）各合成された光波面を異なる出力部に導くために、各合成された光波面を分離するステップと
を含むビーム形成方法。
【請求項２２】
複数の光波面を合成する前記ステップが、
（ａ）複数の遅延線の所望のセットに従って、前記複数の光波面のサブセットを特別に選択するステップと、
（ｂ）所望の出力部に従って前記複数の光波面のサブセットを特別に選択するステップと
を含む請求項２１に記載のビーム形成方法。
【請求項２３】
各合成された光波面を複数の遅延線の所定のセットに導く前記ステップが、各合成された光波面に含まれる波長を分散させることによって、各合成された光波面を所定の遅延線に振り向けることのできるＷＤＭを提供するステップを含む請求項２２に記載のビーム形成方法。
【請求項２４】
電磁放射線に含まれる複数の電磁波面を分離する方法であって、
（ａ）複数の光コンポーネントを提供するステップと、
（ｂ）前記光コンポーネントを配列して、複数の入力部と複数の出力部を有するネットワークを形成するステップであって、前記コンポーネントが、前記電磁波面のそれぞれを前記出力部の１個に別個に導くように配列されるところのステップと
を含む方法。
【請求項２５】
前記電磁波面の各々が複数の波長を含み、そして、前記電磁波面を前記出力部の１個に導くことが、前記波長の選択されたいくつかを前記光コンポーネントの選択されたいくつかに振り向けることによって達成される請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
複数の電気コンポーネントを提供するステップを更に含む請求項２４又は２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記電磁波面の各々が複数の波長を含み、そして、前記電磁波面を前記出力部の１個に導くことが、前記波長の選択されたいくつかを前記光コンポーネントおよび／または電気コンポーネントの選択されたいくつかに振り向けることによって達成される請求項２４乃至２６の何れか１つに記載の方法。
【請求項２８】
前記光コンポーネントが、ＷＤＭ、遅延線及び導波路を含む請求項２４乃至２７の何れか１つに記載の方法。
【請求項２９】
前記光コンポーネントが、分配器、結合器及びスイッチを更に含む請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
前記ＷＤＭが、アレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）フィルタを含む請求項２８又は２９に記載の方法。
【請求項３１】
前記ＷＤＭ、前記遅延線及び前記導波路が、共通の基板上で統合される請求項２８、２９又は３０に記載の方法。
【国際調査報告】
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