(57)【要約】  本開示の複数側面は、大きなチューニングレンジを有するレーザを用いることなく広い視野を与える点で有利な波長分割多重通信ＬｉＤＡＲシステム、方法及び構造物を記載する。
2020517912.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チップスケール波長分割多重通信ＬｉＤＡＲを操作する方法であって、
オンチップで一の多波長光信号を生成することと、
前記多波長信号を、オンチップ分配ネットワークを介してオンチップ光フェイズドアレイへと向けることであって、前記光フェイズドアレイは回折格子エミッタ及び位相制御エミッタの双方を含むことと、
前記回折格子の効果によって前記多波長光信号を分離してそのコンポーネント波長にするとともに、個々のコンポーネント波長を個々のビームとして、その波長に応じて一のシーンに向かう個々の方向に放射することと、
前記位相制御エミッタの効果によって前記個々のビームを操舵することであって、前記個々のビームはまとまって、前記個々のビーム方向に実質的に直交する方向に操舵されることと
を含む、方法。
【請求項２】
前記個々のビームの少なくとも一部分を、前記個々のビームの前記少なくとも一部分が前記シーンの中の物体によって反射された後に、受信することをさらに含む、請求項１に記載のチップスケール波長分割多重通信ＬｉＤＡＲを操作する方法。
【請求項３】
前記物体と前記チップスケール波長分割多重通信ＬｉＤＡＲとの間の距離を決定することをさらに含む、請求項２に記載のチップスケール波長分割多重通信ＬｉＤＡＲを操作する方法。
【請求項４】
波長分割多重通信ＬｉＤＡＲシステムであって、
それぞれが異なる波長のレーザ光を放射する複数のレーザ光源を含む多波長源であって、各異なる波長が結合されて多波長ビームになる多波長源と、
結合された前記多波長ビームに含まれる異なる波長を異なるように反射する回転可能反射回折格子と
を含み、
前記多波長源及び前記回転可能反射回折格子の動作時に、前記複数のレーザ光源の異なる一つに対応する異なる波長をそれぞれが示す複数のスキャンラインが生成される、波長分割多重通信ＬｉＤＡＲシステム。
【請求項５】
波長分割多重通信ＬｉＤＡＲシステムであって、
一の多波長ビームを出力する多波長源と、
前記多波長ビームを分離して複数の個別ビームにする回折格子であって、各個別ビームは異なる波長を示す回折格子と、
前記複数の個別ビームの方向を変えて複数の個別スキャンラインに向ける回転スキャニングミラーと
を含み、
各個別スキャンラインは、前記方向を変えられた個別のビームの前記異なる波長を示す、波長分割多重通信ＬｉＤＡＲシステム。
【請求項６】
前記回折格子は、反射回折格子及び透過回折格子からなる群から選択される一つである、請求項５の波長分割多重通信ＬｉＤＡＲシステム。
【請求項７】
前記回転スキャニングミラーは、微小電子機械システム（ＭＥＭＳ）ミラーである、請求項５の波長分割多重通信ＬｉＤＡＲシステム。
【請求項８】
前記回折格子は、回折格子ベースのエミッタを含む光フェイズドアレイを含み、
前記システムはさらに、
前記多波長ビームを受信する光ファイバと、
前記光ファイバを前記光フェイズドアレイに光学的に接続する光スプリッタネットワークと
を含み、
前記スプリッタネットワークは、前記多波長ビームのモードエネルギーを、前記光フェイズドアレイのエミッタ間に均一に分配するべく構成される、請求項５の波長分割多重通信ＬｉＤＡＲシステム。
【請求項９】
前記多波長源、前記光スプリッタネットワーク及び前記光フェイズドアレイが上に製造された単一基板をさらに含む、請求項８の波長分割多重通信ＬｉＤＡＲシステム。
【請求項１０】
前記多波長源は、
各一つが異なる波長の光を放射するべく構成された複数の個別レーザと、
前記個別レーザから放射された光を結合して前記多波長ビームにし、当該多波長ビームを前記光スプリッタネットワークに適用する波長（デ）マルチプレクサと
を含む、請求項９の波長分割多重通信ＬｉＤＡＲシステム。
【請求項１１】
波長分割多重通信ＬｉＤＡＲシステムであって、
基板と、
前記基板上に形成された多波長光源と、
前記基板上に形成されたアクティブ光フェイズドアレイであって、フェイズシフタ及び回折格子エミッタを含むアクティブ光フェイズドアレイと、
前記基板上に形成された光スプリッタネットワークであって、前記多波長光源を前記アクティブ光フェイズドアレイに光学的に接続する光スプリッタネットワークと
を含む、波長分割多重通信ＬｉＤＡＲシステム。
【請求項１２】
前記基板上に形成された複数の送信器／受信器（ＴＸ／ＲＸ）ユニットをさらに含み、
各個別のＴＸ／ＲＸユニットは、前記多波長光源の個別の波長を生成するべく及び当該同じ個別の波長を検出するべく構成される、請求項１１の波長分割多重通信ＬｉＤＡＲシステム。
【請求項１３】
前記複数のＴＸ／ＲＸユニットと前記光スプリッタネットワークとの間に介在された波長（デ）マルチプレクサをさらに含み、
前記（デ）マルチプレクサは、前記ＴＸ／ＲＸユニットの前記個別の波長を結合して一の多波長ビームにし、当該多波長ビームを前記光スプリッタネットワークに与えるべく構成される、請求項１２の波長分割多重通信ＬｉＤＡＲシステム。
【請求項１４】
前記波長（デ）マルチプレクサは、前記多波長光を前記回折格子エミッタの効果によって分離してその波長に応じて方向性の放射光とし、前記方向性の放射光を、前記前記フェイズシフタを調整することによって直角に操舵するべく構成される、請求項１３の波長分割多重通信ＬｉＤＡＲシステム。
【請求項１５】
前記方向性の放射光であって直角に操舵された光が、物体によって後方散乱され、前記フェイズドアレイの選択エミッタにより受信され、その波長に基づいて対応するＴＸ／ＲＸユニットへと向けられる、請求項１４の波長分割多重通信ＬｉＤＡＲシステム。
【請求項１６】
光を放出する別個の送信器光フェイズドアレイと、後方散乱光を受信する別個の受信器光フェイズドアレイとをさらに含む、請求項１５の波長分割多重通信ＬｉＤＡＲシステム。
【請求項１７】
前記受信器光フェイズドアレイは、受信光を変調器へと向けて、その後、一つの検出器が各放射された波長に対応する複数の検出器によって検出されるように波長分割マルチプレクサの中に入れる、請求項１６の波長分割多重通信ＬｉＤＡＲシステム。
【請求項１８】
波長分割多重通信ＬｉＤＡＲの方法であって、
一の多波長光ビームを生成することと、
前記多波長ビームを分離して複数の個別ビームにすることであって、各個別ビームは前記多波長ビームの一の異なる波長を示すことと、
前記複数の個別ビームの方向を変えて複数の個別スキャンラインに向けることであって、各個別スキャンラインは、前記方向を変えられた個別のビームの前記異なる波長を示すことと
を含む、方法。
【請求項１９】
各個別の一つのレーザ光源が異なる波長の光を放射する複数のレーザ光源を動作させることと、
複数の異なる波長の光を結合して前記多波長ビームにすることと
をさらに含む、請求項１８の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は一般に、スキャニング光測距検出のシステム、方法及び構造物に関する。詳しくは、波長分割多重通信（ＷＤＭ）技法を用いた光検出測距（ＬｉＤＡＲ）のシステム、方法及び構造物に関する。
【０００２】
関連出願の相互参照
本願は、２０１７年４月２５日に出願された米国仮特許出願第６２／４９０，０００号の利益を主張し、その内容は、ここに詳細に記載されているかのように参照により組み入れられる。
【背景技術】
【０００３】
環境内の物体の距離及び反射性を、当該物体に物理的に接触することなく測定する能力には、多くの分野において大きな興味が寄せられている。ＬｉＤＡＲは、レーザ光が放射されて反射光が検出される距離範囲測定技法である。放射と反射光検出との間の測定時間（飛行時間）は、ＬｉＤＡＲ検出器と反射物体との間の距離に対応する。
【０００４】
現代のアプリケーションにおけるＬｉＤＡＲの実用性を考えると、ＬｉＤＡＲシステム、方法及び構造物のさらなる開発及び／又は改善は、この技術への待ち望まれた追加を意味する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１５／０１０９６０３（Ａ１）号明細書
【発明の概要】
【０００６】
大きなチューニングレンジを有するレーザを用いることなく広い視野を与える点で有利な波長分割多重通信ＬｉＤＡＲシステム、方法及び構造物に関する本開示の複数の側面により、技術の進展がなされる。詳しくは、本開示に係るシステム、方法及び構造物は、複数の個別レーザの出力を含む一の多波長ビームを用いる。多波長ビームを含む個別の波長は、分離されて複数の個別ビームにされる。これらの分けられた波長ビームは個別のスキャンラインを形成する。個別のスキャンラインはまとまって、一定面積にわたりスキャンされるので、当該面積にわたって有効な２Ｄスキャンが得られる。
【０００７】
簡略化された例示の実施形態において、本開示の複数の側面に従って構成された波長分割多重通信ＬｉＤＡＲシステムは、基板と、当該基板に取り付けられた多波長光源と、フェイズシフタ及び回折格子エミッタを含むアクティブ光フェイズドアレイと、当該多波長光源を当該アクティブ光フェイズドアレイに光学的に接続する光スプリッタネットワークとを含む。
【０００８】
かかる波長分割多重通信ＬｉＤＡＲ配列は、有利なことに、一定数の現代アプリケーションのいずれに対しても測距、感知、撮像及び検出の性能を与えることができる。
【０００９】
有利なことに、本開示に係るシステム、方法及び構造物は、現代のＣＭＯＳ技法を使用して製造し、単一の基板に集積することができる。
【００１０】
例示の実施形態において、エミッタは、レンズの焦点面において湾曲パターンに配列することができるので、事故回避を含む撮像、測距及び感知アプリケーションにおける使用に適した放射光の方向制御と反射光の選択的な受光とが許容される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
本開示のさらに完全な理解を、添付図面を参照して実現することができる。
【００１２】
【図１（Ａ）】本開示の複数側面に係る２Ｄラスタスキャンの複数の方向に連続操舵可能なビームにより生成された例示の画像を示すトポグラフィマップである。
【図１（Ｂ）】本開示の複数側面に係る多数のスキャンラインによって単一次元において操舵することにより生成された例示のマップを示すトポグラフィマップである。ここで、横方向のスキャンが連続的である一方、上下方向のフィーチャは離散的である。
【図２（Ａ）】本開示の複数側面に係る例示のエミッタの２次元アレイの模式的な図である。これは、エミッタのコンパクト性及びサイドローブの数が問題となる単一周波数レーザを使用して光を多方向に操舵し得る位相シフタを有する。
【図２（Ｂ）】本開示の複数側面に係る位相及び波長双方の操舵を用いる例示の一次元アレイの模式的な図である。
【図３（Ａ）】本開示の複数側面に係るブラッグ条件に起因する放射角度の波長依存性を模式的に例示する。
【図３（Ｂ）】本開示の複数側面に係るシリコン導波路回折格子のための波長に伴う放射角度の変化を例示する角度対波長のプロットである。
【図４】本開示の複数側面に係る波長ダイバーシティを有する離散スキャンラインをもたらす一方で他の次元では連続スキャニングを与える旋回反射回折格子を有するバルク光学機器波長多重通信ＬｉＤＡＲを例示する模式的な図である。
【図５（Ａ）】図５（Ａ）及び図５（Ｂ）は、バルク光学機器波長通信ＬｉＤＡＲシステムの模式的な図である。本開示の複数側面に係る他の次元における連続スキャニングのためのスキャニングミラーによってスキャンラインをもたらすべく、図５（Ａ）は反射回折格子を、図５（Ｂ）は透過回折格子を備える。
【図５（Ｂ）】図５（Ａ）及び図５（Ｂ）は、バルク光学機器波長多重通信ＬｉＤＡＲシステムの模式的な図である。本開示の複数側面に係る他の次元における連続スキャニングのためのスキャニングミラーによってスキャンラインをもたらすべく、図５（Ａ）は反射回折格子を、図５（Ｂ）は透過回折格子を備える。
【図６】本開示の複数側面に係る他の次元における連続スキャニングのためのスキャニングミラーによってスキャンラインをもたらすべく、パッシブフェイズドアレイを備えた半統合波長多重通信ＬｉＤＡＲシステムを例示する模式的な図である。
【図７】本開示の複数側面に係る他の次元における連続スキャニングのためのスキャニングミラーによってスキャンラインをもたらすべく、オンチップレーザ及び波長（デ）マルチプレクサをパッシブフェイズドアレイへの単一入力に結合する半統合波長多重通信ＬｉＤＡＲシステムを例示する模式的な図である。
【図８】本開示の複数側面に係る、単一のアパチャが送信及び受信のために使用されるオンチップレーザ、波長（デ）マルチプレクサ、アクティブフェイズドアレイ及びオンチップ受信器を備えた全統合波長多重通信ＬｉＤＡＲシステムを例示する模式的な図である。
【図９】本開示の複数側面に係る、一方が送信用、他方が受信用の２つのアパチャが使用されるオンチップレーザ、波長（デ）マルチプレクサ、アクティブフェイズドアレイ及びオンチップ受信器を備えた全統合波長多重通信ＬｉＤＡＲシステムの例示のレイアウトを示す模式的な図である。
【図１０】本開示の複数側面に係る、チップ上に全ＷＤＭ  ＬｉＤＡＲシステムを与える統合対面ＣＭＯＳ電子機器を有するオンチップレーザ、波長（デ）マルチプレクサ、光スプリッタネットワーク、アクティブフェイズドアレイ及びオンチップ受信器を備えた全統合波長多重通信ＬｉＤＡＲシステムの例示のレイアウトを示す模式的な図である。
【００１３】
例示の複数の実施形態が、図面及び詳細な説明により十分に記載される。しかしながら、本開示に係る複数の実施形態は、様々な形態で具体化することができ、図面及び詳細な説明に記載される特定の又は例示の実施形態に限られない。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下は、本開示の原理の例示にすぎない。すなわち、わかることだが、ここに明示的に記載又は図示されなくとも、当業者は、本開示の原理を具体化してその要旨及び範囲の中に含まれ得る様々な配列に想到し得る。
【００１５】
さらに、ここに記載されるすべての例及び条件言語は、読み手が本開示の原理と、本発明者が技術を進めるべく寄与した概念との理解を支援する教育目的のみを意図し、そのような具体的に記載された例及び条件に限定されるわけではないと解釈すべきである。
【００１６】
さらに、本開示の原理、側面及び実施形態、並びにこれらの具体的な例を述べるここでの記述はすべて、その構造及び機能双方の均等物を包括することを意図する。加えて、そのような均等物が、現在知られている均等物と、将来開発される均等物すなわち構造にかかわらず同じ機能を果たす開発された任意の要素との双方を含むことも意図される。
【００１７】
よって、例えば、ここでの任意のブロック図が、本開示の原理を具体化する例示の回路の概念的な図を表すことを当業者は理解する。
【００１８】
そうでないことがここで明示的に特定されない限り、本図面を含む図は、縮尺通りに描かれるわけではない。
【００１９】
周知のように、フォトニックフェイズドアレイは、ＬｉＤＡＲアプリケーションで使用するべく最近かなりの注目を集めている。可動部品なしで操舵可能な位相面を放射する能力が特に魅力的だからである。その魅力は、ＣＭＯＳアプリケーションを目的に開発された先進的なリソグラフィ、エッチング及び他の最先端製造技法を考慮すると、さらに増加する。
【００２０】
我々が図示及び記述するように、我々は、ＬｉＤＡＲ、及びとりわけ撮像、測距及び感知を含む他のアプリケーションにおいて使用されるフォトニックフェイズアレイの魅力を、その視野（ＦＯＶ）を、極端に大きなチューニング範囲を有するレーザを使用せずに有利に拡張することによって、さらに増加させている。
【００２１】
この時点で我々が注目するのは、ＬｉＤＡＲ又は他のシステムが、そのＦＯＶ内のシーンを２次元で連続的にスキャンするように構成され得る点である。しかしながら、シーンを２次元でスキャンすることは、少なくとも２つの異なるスキャニング装置／機構を必要とするとともに、スキャンすべき２次元空間の存在ゆえにさらなる時間を必要とする。シーンをスキャンする代替方法は、多数点を一次元において同時に測距した後に当該多数点を多次元においてスキャンするスキャンライン技法を用いることである。このスキャンライン技法は一次元のみにおけるシーンを別個に再構築する一方、有利なことに一つのみのスキャニング機構を必要とするので、上述した２Ｄ法と比べて時間がかからない。
【００２２】
そのような技法の動作結果が、図１（Ａ）及び図１（Ｂ）を参照するとわかる。ここで示されるのは、双方向に連続的に操舵可能であってシーンを２次元ラスタスキャンするビームを使用して撮像されたトポグラフィの図１（Ａ）と、多数のスキャンラインを使用した一次元操舵から作られたトポグラフィの図１（Ｂ）である。図１（Ｂ）では、横方向のスキャンが連続する一方で上下方向のフィーチャは離散する。
【００２３】
我々が注目するのは、２つの次元に連続スキャンをする光フェイズドアレイに対し、単一波長レーザと、２Ｄアレイに配列されたエミッタのアレイとともに２Ｄフェイズドアレイ（図２（Ａ）参照）を使用してよい点である。エミッタの位相を調整することにより、放射を横方向及び方位角方向双方に操舵することができる。そのような２Ｄアレイの一つの有意な欠点は、すべての回折格子エミッタ、テーパ及びスプリッタが放射の波長よりも数倍大きいため、エミッタを、λ／２未満のサイズを示すグリッドに詰め込むことができないことである。さらに注目すべきなのは、システムがλ／２よりも大きな周期を示すか否かにかかわらず、エイリアシング効果により、アレイファクタに現れる一つ以上のサイドローブがもたらされることである。したがって、アレイ全体が、いくつかの空間方向に放射（から受信）するので、不利なことに、ＦＯＶが低減され、システムの損失及び誤検出が導入される。
【００２４】
上述した２Ｄアレイの詰め込み限界に対処するべく、図２（Ｂ）に示すような代替配列を用いることができる。当該図に例示的に示されるように、フェイズシフタ及び光回折格子を含む一定数のエミッタ要素が、ツリーベースの分配ネットワークを介してチューナブルレーザに光学的に結合される。このような配列は有利なことに、位相による放射操舵と波長による放射操舵との双方を与える。
【００２５】
随意的に、単一のレーザが、１Ｄアレイを介して何千もの（何百万もの）エミッタ要素に供給され、長い導波路回折格子がその長さにわたって徐々に上方向へと放射する。かかるシステム構成の利点は、光が交差結合しないように十分に導波路に閉じ込められている限り、要素を互いに密接に近くなるように位置決めできることである。これにより、アレイファクタ回折格子ローブを抑制することができる。図２（Ｂ）に模式的に示されるように、かかるアレイは、交差方向におけるエミッタ要素の位相制御によって操舵してよく、前後方向における操舵は、レーザ波長変更により誘導される回折格子放射を変更することによる。
【００２６】
当業者によって容易に認識かつ理解されるように、１Ｄアレイにおける波長操舵は、回折格子エミッタによりもたらされ、図３（Ａ）に模式的に示されるブラッグ条件によって記述される。当該図から観察できるように、波長を変更することによって回折格子放射の方向は前後方向に回転する。シリコン導波路回折格子のθ（度）対波長（ｎｍ）のプロットを示す図３（Ｂ）からさらにわかるように、上下方向に大きな（＞３０°）掃引範囲を達成するには、チューナブルレーザ光源は、１４００〜１６００ｎｍ範囲全域で放射する必要がある。当業者によりさらに理解及び認識されることだが、そのようなアプリケーションに使用される半導体レーザ光源は、多重量子井戸成長からの利得が低しきい値動作を与える範囲で動作するのが典型的である。かかる構造に対する利得スペクトルのピークは典型的に２０ｎｍよりも狭いので、安価な分布帰還型（ＤＦＢ）レーザが２００ｎｍ幅の帯域にわたって動作するのを期待するのは非現実的となる。
【００２７】
かかる動作上の困難性を考慮し、本開示のシステム、方法及び構造物は有利なことに、一つを超えるレーザを用いて、（図１（Ｂ）に示すものと同様の）側方スキャンにおける多数の離散スキャンラインをもたらす。ここで、各レーザは、周囲の２Ｄ画像をもたらすべくその後結合される複数の水平ラインのうち一つのみに関与する。我々が示すように、一つを超えるレーザを利用することは有利なことに、複雑かつ不安定なチューナブルレーザを必要性とすることなく各レーザが最適化されることを許容する。
【００２８】
ここで図４を参照すると、本開示の複数側面に係る、波長ダイバーシティを有する一方で他の次元の連続スキャニングを与える離散スキャンラインをもたらす旋回反射回折格子を有するバルク光学機器波長多重通信ＬｉＤＡＲを例示する模式的な図が示される。当該図から観察できるように、いくつかの独立レーザ（具体的に図示せず）から生成された多波長入力信号が、回折格子によって複数のスキャンラインに分割される。詳しくは、多波長入力信号が回折格子に入射し、当該回折格子がその入射光を反射させる。
【００２９】
回折格子は、その長手方向軸まわりに旋回するように構成され、異なる波長に異なる影響を与える。最長波長の光が最も大きく回折する。回折格子の当該軸まわりの連続的な旋回が、ビームを横方向にスキャンする。
【００３０】
当業者に容易に認識されることだが、かかる構造物は、バルク光学機器に容易に実装することができる。簡潔には、図５（Ａ）及び図５（Ｂ）に模式的に示されるように他の次元に連続的にスキャンするべく、バルク回折格子及びスキャニングミラー（すなわち４５°回転ミラー、一次元ＭＥＭＳミラー等）を使用して実装することができる。これらの図を同時に参照すると、図５（Ａ）の反射回折格子及び図５（Ｂ）の透過回折格子を有するバルク光学機器波長多重通信ＬｉＤＡＲシステムが示される。他の次元に連続的なスキャニングを与えるスキャニングミラーにより、スキャンラインがもたらされる。
【００３１】
動作上、自由空間多波長ビームが回折格子（すなわち反射（図５（Ａ））又は透過（図５（Ｂ）））に入射するように示される。回折格子は、ビームを、回折格子次元における複数の別個のビームに分割する。これらの多数のビームはその後、制御可能スキャニングミラーに向けられて入射する。このスキャニングミラーは、他の次元の操舵を与えるので、多数のスキャンラインを有する２次元ＦＯＶがもたらされる。一つのスキャンラインが入力光の各波長に対応する。本開示に係るそのようなバルク光学システムにより、多数の離散スキャンラインと単一スキャンニング制御とによる２Ｄスキャニングが可能となる。標的から反射された光は同じ経路を進行し、電磁放射の時間反転と収集光の異なる色とに起因して回折格子の後の同じビームに結合される。
【００３２】
高度な製造可能性を示すさらにコンパクトなシステムを達成するべく、我々は、バルク光学要素が、平面統合光システムによって置換されたさらなるシステム、方法及び構造物を開示する。平面統合光システムは有利なことに、現代のＣＭＯＳ互換製造フローにより製造することができる。
【００３３】
ここで図６を参照すると、本開示の複数側面に係る、スキャンラインを生成するパッシブフェイズドアレイと、他の方向における連続スキャニングのための可動スキャニングミラーとを含む例示の半統合波長多重通信ＬｉＤＡＲシステムの模式的な図が示される。当該図を精査することにより理解されるように、先に図示及び記載されたバルク回折格子は有利なことに、多波長入力信号を複数のコンポーネント波長に分割する１Ｄ光フェイズドアレイによって置換される。回折格子系エミッタの放射角度は高度に波長に依存するからである。
【００３４】
動作上、多波長光ファイバモードが、入力光導波路に結合される。受信されたモードエネルギーはその後、光スプリッタネットワークを含む一定数の（すなわち数千の）導波路に均一に（又はガウス分布で）分配される。このように分配されたエネルギーは、導波路の光フェイズドアレイに向けられる。ここで、各導波路は、当該導波路に沿って弱く摂動する回折格子を有する放射要素として作用する。好ましくは、入射ファイバモードに存在するすべてのレーザ波長は、導波路の集合体に独立して分配され、その光周波数間で互いに相互作用又は干渉することがない。このように、スプリッタネットワークと任意の導波路及びスプリッタとは、用いられる波長の範囲全域を収容する十分に広い帯域となる。したがって、放射導波路は、先に図３（Ａ）に示した波長の関数として方向性の放射を行う。
【００３５】
本開示に係るなおもさらなる統合は、多波長光源（オンチップレーザ）と、上述した回折格子及び光フェイズドアレイを伴う統合波長（デ）マルチプレクサとを統合することによって達成される。図７は、本開示に係る他の半統合波長多重通信ＬｉＤＡＲシステムを示す。これは、オンチップレーザ及び波長（デ）マルチプレクサを、パッシブフェイズドアレイへの単一入力に結合することにより、連続スキャニングミラーによって後に他の方向にスキャンされるスキャンラインを生成する。
【００３６】
有利なことに、レーザは、すべてが同じ基板上に又は（単一量子井戸構造よりも広い範囲の利得スペクトルをカバーする）異なる量子井戸エピタキシャル成長から、様々な回折格子周期を示すＤＦＢ構造物により製造され得る。各レーザの出力は、波長（デ）マルチプレクサに向けられる。ここで、当該レーザは、単一の多波長信号に結合された後、フェイズドアレイシステムの入力に適用される。フェイズドアレイシステムの出力はスキャンラインを生成する。知られ理解されることだが、そのような（デ）マルチプレクサは有利なことに、共振器フィルタ、ブラッグフィルタ、カスケードマッハツェンダー、アレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）、エシェル回折格子などを含むが、これらに限定されない。
【００３７】
我々が注目するのは、横方向の掃引を与えるべくミラーを用いることにより、そのように構築されたシステムの機械的剛性及び所望される小さなフォームファクタが制限されることである。本開示のなおも他の複数側面によれば、スキャンラインはさらに、フェイズシフタを組み入れることによってアクティブにされたオンチップフェイズドアレイを用いることによってスキャンされ得る。有利なことに、そしてシステムの分散性が低いと仮定すれば、フェイズシフタが、フェイズドアレイの要素に沿った線形位相傾斜が適用される態様で制御されると、スキャンラインはまとまって移動（スキャン）する。
【００３８】
さらに有利なことに、そのようなアクティブチップによれば、例えばゲルマニウム光検出器から作られたＬｉＤＡＲ受信器もまた、オンチップで製造することができ、共通の（同じ）フェイズドアレイを受信アパチャとして使用することができる。
【００３９】
図８は、単一のアパチャが送信及び受信のために使用されるオンチップレーザ、波長（デ）マルチプレクサ、アクティブフェイズドアレイ及びオンチップ受信器を備えた全統合波長多重通信ＬｉＤＡＲシステムを例示する模式的な図である。
【００４０】
図９は、単一のアパチャが送信及び受信のために使用されるオンチップレーザ、波長（デ）マルチプレクサ、アクティブフェイズドアレイ及びオンチップ受信器を備えた全統合波長多重通信ＬｉＤＡＲシステムを例示する模式的な図である。
【００４１】
有利なことに、一のスキャンラインに関連付けられた個別受信器へと受信光を逆多重化（デマルチプレクシング）するべく、同じ波長（デ）マルチプレクサ設計を使用することができる。単一アパチャ設計によれば、単一の波長（デ）マルチプレクサのみが必要とされる。二重アパチャ設計によれば、２つの波長（デ）マルチプレクサが使用される。一つの波長（デ）マルチプレクサが各アパチャに対応する。
【００４２】
図８に示される単一アパチャ設計において、レーザの出力が５０／５０（又は電子的にチューニング可能な）スプリッタを通るように向けられる結果、レーザ光の一方のスプリット部分が（随意的に）変調され、その後、ローカル発振器（ＬＯ）として使用される。レーザ光の他方のスプリット部分は、マルチプレクサ／デマルチプレクサ（例えばＡＷＧ）に適用されて、それぞれが異なる波長を示す他の複数のレーザ光と結合され、その後、単一の導波路へと向かう。これらの波長すべてを搬送する単一の導波路は、フェイズドアレイへと向けられ、当該フェイズドアレイからいくつかの個別ビームが放射される。その後、物体に当たった放射光は、散乱されてフェイズドアレイアパチャに向かって戻る。ここで、散乱光が受光されて単一の導波路に戻るように結合される。
【００４３】
なお、時間内の各瞬間において、フェイズドアレイは、各波長を空間内の一つの方向に放射する一方、当該特定波長を求めて同じ方向を「凝視」する。その結果、いくつかのレーザが用いられる場合、フェイズドアレイは、空間内のいくつかのポイントを照明及び観測し続け、いずれかの後方散乱受信光がその波長から特定される。
【００４４】
この独自の特定のために、後方散乱光は、放射に先立ってレーザ光を結合していた同じ（デ）マルチプレクサ回路を通るように横切り、異なる波長成分が分離され、各成分が、その光が当初放射されて依然としてコヒーレンスにあるレーザへと向かう。同様に、ローカル発振器としてレーザ光の一部分を最初に分離した同じ５０／５０（又は電子的にチューニング可能な）スプリッタは、今や、後方散乱光の一部分を受信器へと向かわせる。
【００４５】
かかる受信器は有利なことに、それぞれのレーザからタップされたローカル発振器を含むコヒーレント周波数変調連続波（ＦＭＣＷ）ＬｉＤＡＲ受信器となり得る。代替構成は、受信パルス信号を検出するべくアバランシェ光ダイオードを用いてよい。ＦＭＣＷの場合において、受信器は、４ポート３ｄＢ結合器、一対の検出器、並びにローカル発振器及び後方散乱光のための２つの入力部を含むヘテロダイン検出ユニットである。さらに有利なことに、ローカル発振器光は、任意の１／ｆ帯域幅雑音を避けるべく中間周波数へと変調することができる。
【００４６】
図９に示されるような本開示のなおもさらなる複数側面に係る例示の二重アパチャ構成において、いくつかのレーザが用いられ、それらの光が結合され、ＷＤＭ（例えばＡＷＧ又は多重マイクロリングフィルタバンク）を使用して単一導波路へと向けられる。上述した単一アパチャシステムのＷＤＭとは異なり、このＷＤＭユニットは、戻り信号を逆多重化（デマルチプレクシング）することはない。
【００４７】
動作上、時間内の各瞬間において、それぞれが異なる波長を有するいくつかの放射ビームが、一のアパチャを出て、それらの波長及び放射フェイズドアレイの位相構成により決定される方向に向かう。他方、受信アパチャは、この二重アパチャ構成のためのＦＯＶにおけるいくつかのポイントを観測する。受信アパチャ要素の位相は、すべての波長に対し時間内の各ポイントにおいて、送信アパチャが当該波長に対して向けられる方向と正確に同じ遠視野ポイントを受信フェイズドアレイが観測しているように調整されるのが好ましい。有利なことに、送信及び受信アパチャは、正確に同じ態様（時間内の各瞬間においてすべての要素に対して同じ位相機能）で構成することができる。または、主要ビームが同じ方向に向けられた場合に当該送信及び受信アパチャに対するアレイファクタの任意の望ましくない副モードが整合することのないように、わずかに異ならせて構成することができる。
【００４８】
受信アパチャにより収集されたいずれの光も、単一の導波路に結合され、送信信号に使用されるものと実質的に同一のデマルチプレクサを通るように向けられ、ここで分離された各後方散乱波長が、その別個の受信ユニットへと向けられる。
【００４９】
ヘテロダイン検出スキームの場合において、各レーザ光源からの放射光の一部分はまた、その波長のために設計及び／又は構成された特定の受信器に向けられる。なお（図８に示されるように）、受信ユニットがどのように構成されるかに応じて、ローカル発振器光は、受信器に到達するべく導波路横断部を横切らなければならず、収集された後方散乱光に対するいずれの損失も、信号対雑音比（ＳＮＲ）を達成するべく最小限に維持することが重要となる。
【００５０】
最後に我々が注目するのは、すべてのフォトニックコンポーネントが単一チップに統合されるとき（チップスケール統合）、ＣＭＯＳ電子機器が、本開示のなおもさらなる複数側面に係るドライバとして含まれ得ることである（完全に統合されたチップスケール）。図１０は、チップ構成で完全ＬｉＤＡＲを与えるＷＤＭライダー（Ｌｉｄａｒ）システム上の、付加的な対面ＣＭＯＳ電子機器の例示のレイアウトを示す模式的な図である。なお、このようなフリップチップの対面構成は、単一のダイ上に、又はウェハスケールボンディングによる３Ｄヘテロジニアスプラットフォームに、モノリシックに統合することができる。フォトニクスチップ及びＣＭＯＳチップの双方を、ＣＭＯＳドライバからの電子信号をフォトニクスチップへと搬送するとともに、検出された電子信号を光検出器から、トランスインピーダンス増幅器（ＴＩＡ）のような増幅器及び処理ユニットへと搬送するトランスポーザチップ上に載置することもできる。当業者であれば、本開示の複数側面に係るＣＭＯＳ電子機器のそのような追加により、多数のスキャンラインを用いて単一次元で操舵する２次元ＦＯＶを有する真にチップスケールＬｉＤＡＲシステムがもたらされることがわかる。
【００５１】
この時点において、我々は、いくつかの特定例を使用して本開示の提示を完了したが、当業者であれば、我々の教示がそのように限られることはないことがわかる。したがって、本開示は、添付の特許請求の範囲によってのみ限られるべきである。
【図１（Ａ）】
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【図１（Ｂ）】
2020517912.tif 000004
【図２（Ａ）】
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【図２（Ｂ）】
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【図３（Ａ）】
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【図３（Ｂ）】
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【図４】
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【図５（Ａ）】
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【図５（Ｂ）】
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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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【国際調査報告】
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