CN105431773A

CN105431773A - 光束

Info

Publication number: CN105431773A
Application number: CN201380078581.4A
Authority: CN
Inventors: D·比陶尔德; A·尼斯卡宁
Original assignee: Nokia Technologies Oy
Current assignee: Nokia Technologies Oy
Priority date: 2013-07-30
Filing date: 2013-07-30
Publication date: 2016-03-23
Anticipated expiration: 2033-07-30
Also published as: EP3028097A4; CN105431773B; EP3028097B1; US9915850B2; WO2015015249A1; US20160170287A1; EP3028097A1

Abstract

公开了用于产生和/或接收光束的装置和方法。在芯片上的相控阵列包括移相器和芯片外的耦合器以提供相位控制的像素。光学系统被布置在所述相控阵列的前面。光学系统被配置为集中来自相控阵列的光和/或扩展用于输入到相控阵列中的所接收的光的光束。

Description

光束

本公开涉及光束，以及更具体地涉及使用相控阵列来产生和/或接收光束。

光束可以用于各种目的。例如光束可以用于自由空间中的通信。在光通信中，使用光作为在设备之间的物理介质来传递信息。设备可以是例如固定和/或移动通信设备、基站和其它接入点、服务器、机器类型的设备等。光链路可以用于各种类型的信息的通信，例如用于控制和用户信息的通信、以及用于各种应用，诸如支付应用、通信应用、安全应用等。可以使光束指向特定目标。光通信的方向性允许设备与附近的若干设备中的另一个设备选择性地通信。定向光链路是例如针对诸如使得能够无条件地安全通信的量子密钥分配(QKD)的技术的先决条件。

为了在两个光模块之间建立定向光链路，如果模块作为发射器进行操作，则该模块需要调节(即操纵)它的光束的方向，或如果模块作为接收器进行操作，则该模块需要调节它的视野。通常，定向自由空间光(FSO)光束的操纵通过移动宏观元件，诸如镜头、反光镜和/或整个模块来完成。这可能设置速度限制，造成灵敏度冲击和/或振动，向装置增加体积大的元件等。

由多个相位控制的像素组成的集成的光子相控阵列被认为是使元件移动的可替代的方案。光子相控阵列被认为是在自由空间中操纵光的有希望的途径，尤其是因为可以在不从集成光学芯片直接移动元件的情况下来提供它们。然而，迄今为止，相控阵列应用于光束操纵已经被阻止，因为它们在多个衍射级中发射。相控阵列还可以具有非常有限的角度调谐范围。调谐范围通常被理解为角度的范围，或最大偏转，在角度的范围或最大偏转中光可以被定向。此外，阵列的每个像素的相位被个体地调节。针对定向通信的相控阵列的应用性还可能在某些应用中受到限制，因为它们可能是极化选择性的。

注意的是，此处论述的问题不局限于任何特定装置和应用，而是可以出现在相控阵列用于光束的通信的任何情景中。

本发明的实施例旨在解决以上问题中的一个或若干问题。

根据一个方面，提供了一种用于产生和/或接收光束的装置，所述装置包括：在芯片上的相控阵列以及光学系统，所述在芯片上的相控阵列包括移相器和芯片外的耦合器以提供相位控制的像素，所述光学系统被布置在所述相控阵列的前面，所述光学系统被配置为集中来自所述相控阵列的光和/或扩展用于输入到所述相控阵列中的所接收的光的光束。

根据另一个方面，提供了一种用于产生光束的方法，所述方法包括：由在芯片上的相控阵列的相位控制的像素来发射光，其中通过移相器和芯片外的耦合器来提供所述像素，以及引导来自所述相位控制的像素的光通过光集中光学系统。

依照更详细的方面，通过至少一个微透镜来减少所发射的光的衍射级以及由反向光束扩展器来放大所发射的光。

根据另一个方面，提供了一种用于接收光束的方法，所述方法包括使用移相器和芯片外的耦合器来提供在芯片上的相控阵列的相位控制的像素，以及通过被布置在所述相控阵列的前面的光束扩展光学系统将所述光束引导到所述相位控制的像素。

根据一个方面，所述光学系统包括共焦的光束扩展器。可以通过至少一个会聚透镜和至少一个发散透镜、通过至少两个会聚透镜、通过棱镜光束扩展器、或通过光栅布置来提供所述光束扩展器。所述光学系统可以包括至少一个微透镜，所述至少一个微透镜被布置为减少由所述相控阵列所发射的光的衍射级的数量。

在阵列上的像素的相位的控制可以被布置为借助于单个参数在至少一个方向中来提供。可以基于各自的两个参数在两个正交方向中来控制阵列的所有像素的相位。在相控阵列上的像素的聚焦的控制也可以被布置为基于一个参数来提供。

至少一个微透镜的焦距可以近似等于在芯片外的耦合器之间的距离与芯片外的耦合器的散度的比率。

移相器可以被布置在芯片外的耦合器之间，以便每个移相器在每个连续的芯片外的耦合器之间添加相同的相位。在所述像素之前可以提供另外的移相器。

所述装置可以包括至少一个柱面透镜和/或至少一个球面透镜。

芯片外的耦合器可以直接被提供作为在相控阵列的波导上的周期性结构。

也可以提供被配置为提供极化分集的芯片外的耦合器。

也可以提供被布置为实现实施例的设备，诸如移动通信设备和/或固定或非固定设备。可以提供包括此类设备中的至少一个设备的系统。

也可以提供包括适应于执行本申请所描述的方法的程序代码的计算机程序。根据另一些实施例，提供用于提供以上方法中的至少一个方法的装置和/或计算机程序产品，该计算机程序产品能够被包含在计算机可读介质上。

应当了解的是，可以将任何方面的任何特征与任何其它方面的任何其它特征组合。

现在，将参照以下示例和附图通过示例进一步详细地描述实施例，在附图中：

图1示出了两个通信设备，

图2示出了针对传送设备的控制装置的示例，

图3是根据实施例的流程图，

图4示出了具有光学系统的相控阵列，该光学系统包括微透镜和共焦的光束扩展器，

图5a和5b分别示出了不具有和具有微透镜的衍射级，

图6a至6d示出了针对光束扩展器的不同的可能性，

图7示出了光学系统的原理，其中使用掠出射而不是光束扩展器，

图8a至8c示出了针对移相器和芯片外的耦合器的示例，

图9示出了具有柱面微透镜的相控阵列的示例，

图10至图12示出了具有极化分集的布置的示例，

图13示出了可能的相控阵列的几何结构的示例，以及

图14示出了针对在接收设备处的操作的流程图。

在以下，将解释某些示例实施例。可能的应用的示例是使用定向光束用于在两个设备之间的信号传输。图1示出了一种系统，该系统包括经由光链路13通信的设备10和20。更具体地，图1示出了发射或传送设备10和接收或目标设备20。该设备装备有被配置为发送和接收光信号的光学模块。接收设备20包括具有已知视野的检测器装置21。接收设备可以装备有调节它的视野的可能性。发射设备10可以装备有光发射装置11，该光发射装置11产生指向在接收设备上的目标区域的光束13。通过在具有适当聚焦的适当方向中发射，光束通常指向光孔径22。光束通过提供接收设备的视野(FOV)的孔径，进入接收装置。例如通过操纵视野以在具有适当焦距的适当方向中观看，视野旨在涵盖发射器。

也可以在某些应用中在设备10和20之间提供射频(RF)无线链路14，只要这是由特定应用所要求的，例如针对反馈信息或其它信息的通信。针对例如在经由光链路的认证后的反馈和/或诸如数据通信的其它通信的RF链路或其它链路可以在设备之间直接提供或经由例如蜂窝系统或无线局域网(WLAN)来提供。设备可以装备有用于例如与适当的无线电装置的无线电通信的通信子系统15、25，以促进无线通信。注意的是，也可以基于其它技术提供在它们之间的通信通道。

例如可以在两个移动设备之间或在移动设备和固定终端设备之间，提供通信。移动设备可以是例如手持型设备或以其他方式的便携式设备。用于通信的用户的移动设备通常被称为用户设备(UE)或终端。可以由装备有用于在光通道上通信的光通信装置的任何设备来提供移动设备。移动设备也可以能够在例如由蜂窝系统和/或本地无线系统提供的通道上发送信号和/或接收无线信号。移动设备的非限制性示例包含：诸如移动电话或被称为‘智能电话’的移动台(MS)、装备有无线通信能力的诸如膝上型计算机、平板计算机或个人数字助理(PDA)的便携式计算机、诸如与眼镜、头盔、帽子、衣服等集成的可穿戴无线设备的其它便携式设备、具有无线能力的通用串行总线(USB)棒、调制解调器数据卡或这些的任何组合或诸如此类。

能够在光链路上通信的设备可以由至少一个适当的控制器装置来控制，以便使得能够它的操作和控制通信的各种方面。控制装置可以与其它控制实体互连。图2示出了控制装置30的示例，其能够根据实施例进行操作，例如耦合到设备10和20的模块11和21和/或用于控制设备10和20的模块11和21的操作。控制装置可以被配置为提供与信息的确定、在各种实体之间的信息的生成和通信相关联的控制功能和/或如下所解释的传送和/或接收装置的控制功能。可以依照本申请描述的某些实施例，借助于其数据处理设备来提供该功能。出于这个目的，控制装置包括至少一个存储器31、至少一个数据处理单元32、33和输入/输出接口34。控制装置可以被配置为运行适当的软件代码以提供控制功能。例如，控制装置可以提供针对设备10和20和/或其光模块可能已经装备有的确定、操纵、发射、检测、解码/编码和/或其它功能性的控制所要求的功能性。控制装置和功能可以被分布在多个控制单元之间。可以在适当的电路板上和/或在芯片组中提供数据处理、存储和其它有关控制装置。

以下论述技术的一些示例，在该技术中，相控阵列可以通过在一个方向中集中从设备发射的光同时保持宽的角度调谐范围，高效地用于在设备之间的光通信。例如，如果光能够被集中在单个衍射级中，则能够增强针对光通信的相控阵列的可用性。根据一个示例，这可以通过一种装置来实现，该装置包括：构成相控阵列的移相器和垂直的芯片外的耦合器的在芯片上的布置，以及通过由等于它们的焦距的距离与芯片分隔的微透镜阵列提供的光学系统。该光学系统还可以包括放大系统，例如在反向中使用的光束扩展器。此类装置允许主要在单个模式中的光的集中同时保持宽的调谐范围。当传送时，宽的准直光束被重建到更窄的准直光束中。也就是说，能够通过反向光束扩展器来减少光束的横截面积。

在图3中示出了由传送设备提供光束的方法。在100，通过芯片上的相控阵列的相位控制的像素来发射光。由移相器和芯片外的耦合器来提供像素。然后，在102，引导来自相位控制的像素的光通过光学系统的至少一个光组件。

图4示出了具有光学系统的相控阵列40的更详细的示例，该光学系统包括微透镜阵列43和反向光束扩展器44。在芯片上的相控阵列中，在每个像素之间提供空间以便使波导和移相器适应在其中。因为如此，因此光可以被分布在许多衍射级中。在该装置中提供微透镜43以通过校正来自相控阵列40的相位控制的芯片外的耦合器41的分散式发射来减少衍射级的数量。借助于此，可以产生准直光。出于这个目的，在图4上示出了在等于微透镜的焦距的距离处的在每个发射器的前面的微透镜43的阵列。

根据一种可能性，提供了在相控阵列40和微透镜43之间的间隔物42，间隔物42可以由与透镜相同的材料制成。

在图5a中示出了没有微透镜的衍射级的示例。参数是d＝耦合器之间的距离，λ＝光波长,K＝耦合器阵列波矢,k＝光波矢、以及w_e＝耦合器宽度。在这种情况下，输出耦合器散度为θ～λ/w_e。在发射器的散度内的模式的数量为约d/w_e。

图5b示出了当提供微透镜时的情况。在此，参数w_l表示微透镜的宽度。在发射器的散度内的模式的数量约为d/w_l。如果透镜充满所有空间，w_l＝d，则具有仅一个衍射模式是可能的。在微透镜之后散度是θ～λ/w_l。

一般来说，在一个方向中的衍射级的数量是芯片外的耦合器的宽度与在每个耦合器之间的距离之间的比率的量级。

微透镜的焦距可以被选择为耦合器的散度与在每个耦合器之间的距离的乘积，以便光充分地充满整个平面。微透镜具有在单个衍射级中集中大多数光的效果，从而解决了芯片上的相控阵列的缺点。

微透镜能够减少调谐范围。这可以通过放大系统来解决。例如可以通过在反向中操作的光束扩展器来提供放大系统。在图4中，共焦的光束扩展器44包括两个透镜45和46。在所示出的反向的光束扩展器布置中，第一透镜45朝向焦点47引导所发射的光，以及第二透镜46产生平行光成分48。如示出的，放大系统可以用于减少在来自相控阵列的发射(如由微透镜发射的)后的光束直径，以及增加调谐范围。

根据非限制性示例，从设备传送的光束被减少到在直径中1mm的量级。尽管希望的光束的尺寸取决于应用，但是它可以具有与这个示例不同的量级。

大多数相控阵列比必要的宽，但是具有小的角度调谐范围。反向的光束扩展器增加光束的角度。作为角度放大的副产品，这也减少了光束直径。光束扩展器44因此允许那些特征的优化。光学系统的这个部件可以类似于在反向中使用的光束扩展器或望远镜。放大光学器件44具有三种关联效应，即该光学器件可以用于减少光束直径，用于增加光束的散度以及用于增加调谐范围。在图6a到6d中示出了光束扩展器的原理以及其若干不同的实现方式。

在相控阵列前面的光学系统因此使光集中。在这个上下文中，“集中”可以被理解为意味的是，由微透镜集中成更少或甚至单个衍射模式和/或作为放大效果的结果通过反向的光束扩展器来减少光束直径。

也可以以其他方式在没有光束扩展器的情况下获得相同的效果。图7示出了光学系统配置的示例，其中通过使用掠出射来替代放大光学器件。能够通过调节光栅耦合器的周期来产生掠出射。可以使用具有倾斜/掠出射的芯片外的耦合器。这可以例如在光栅耦合器的情况下通过使用适当的周期性来提供。此类芯片外的耦合器的使用具有节省在其它方面由光束扩展器所占据的空间的优点。当角度调谐范围需要在仅一个方向中被增加时，这个选项被认为是最合适的。

例如可以在绝缘硅(SOI)平台上提供基于芯片的相控阵列。使用这种技术，芯片外的耦合器通常由光栅组成。然而，针对移相器，其它的和不同的技术也可以用于将它们制造地更小、更快和更加节能。可以由加热器、载流子消耗、或在硅上沉积的电光材料来诱发相位偏移。可以通过使用微环(micro-ring)来增强该效果，然而诸如慢光周期性结构的其它技术也是可能的。在以下描述的示例以及图8至图11中，由环来表示移相器。

相控阵列自身可以被布置为允许使用对应于两个操纵方向的仅两个控制参数来控制其的每个像素的相位。第三参数可以用于聚焦的控制。此外，相控阵列可以被布置以便结合极化。

图8a示出了芯片外的耦合器、移相器和定向耦合器的可能的配置。在这个配置中，在Y方向和X方向中，光50被引导在主波导结构51中。光的一小部分被弱定向耦合器52抽取以将光引导到芯片外的耦合器54。分别在Y方向和X方向中的移相器55和56被放置在导向芯片外的耦合器54的定向耦合器52之间。也就是说，移相器55、56被放置在光的行进路径中，在将光引导到芯片外的耦合器54的每个定向耦合器52之前。这允许基于在每个方向中的单个参数立即控制所有芯片外的耦合器。移相器使得每个像素能够使用不同的相位在单个方向中发射。在像素的相位之间由移相器提供的差异可以是相同的。取决于技术，用于在一个方向中控制在像素之间的相位差的适当的控制参数可以基于例如电压或电流。

在图8a的示例中，像素以紧凑的方式被装配在X方向中，意味的是在这个方向中的光的分布可以被认为是在容许极限内。这进而意味的是，仅针对其它方向(即Y方向)需要微透镜。在这种情况下，具有球面会聚透镜可能是不必要的，而是柱面透镜可能是足够的。在图9中示出了柱面微透镜的使用的示例。

为了增加调谐范围，使用具有倾斜发射的芯片外的耦合器或增加由柱面透镜、棱镜或光栅制成的光束扩展器是可能的。

图8b示出了一种配置，其中提供与允许光束聚焦的调节的每个像素相关联的另外的移相器58。关于X和Y移相器55和56以及在这些方向中的至少一个方向中的相位的调节，该布置可以与图8a类似。除了这些移相器之外，提供用于调节聚焦的另外的或第二移相器58。在这个示例中，在定向耦合器之后和在像素之前，在光的行进路径上，提供另外的聚焦移相器。

如果移相器全都具有相同的尺寸，则不同的电压将需要被应用于它们中的每个以模仿透镜的形状。然而，每个移相器的尺寸可以被选择以便那些移相器的全体来模仿透镜的形状(例如，球形、非球形、菲涅尔)。这使得能够通过单个电压/电流信号来控制移相器。可以基于例如球形/抛物线形的依赖性来提供移相器的尺寸。可以使对移相器的调谐保持等同于透镜的调谐，而改变仅该透镜的焦距。

图8c示出了一种布置，其中弱的芯片外的耦合器59被直接蚀刻在波导60中。在这个布置中，借助于周期性的结构(例如，光栅、光子晶体)，芯片外发射可以直接来自波导。那些结构的耦合强度被有利地保持较弱。

图8d说明了针对基于单个参数的控制的一般原理。更具体地，在相控阵列中，在120处，通过定向耦合器将光引导到芯片外的耦合器，该定向耦合器被配置为在至少一个方向中将光引导到芯片外的耦合器。在122处，基于单个控制参数来控制在至少一个方向中在定向耦合器之间提供的移相器(以及因此在每个像素之前)。

在以上示例中，沿着耦合器光栅，在一个极化中提供发射。在图8a和图8b中通过平行线来说明光栅。可以引入极化分集，其中光信号被分成分离的极化。例如，可以通过使用具有对应于两个极化的两个不同输入的2D光栅，来提供分离。图10示出了此类2D光栅的示例性布置，其中在波导布置70中提供A和D极化发射。在这种情况下，耦合器72在X和Y方向中均匀地散布，从而提供针对球形微透镜的阵列和具有球形透镜的光束扩展器的适应。

图11示出了与图10的那些耦合器类似的耦合器的阵列，但是在一种布置中，该布置更好地适应于与柱面微透镜阵列结合使用。

在某些应用中，2D耦合器可能比单个极化耦合器效率更低。因此，在某些情况下，极化分集可以更加有利地装备有单个极化光栅。图12a示出了针对允许极化分集的单个极化光栅的布置的示例。在两个不同极化中的光栅91和92可以被布置在如所示出的结构中。由箭头n_o和n_e示出了双折射材料的定向。双折射是具有依赖于光的极化和传播方向的折射率的材料的光学性质。因为周期性是相同的，因此在相同的方向中正确地发射两个极化。然而，当光被操纵时，因为相对于透镜阵列的像素的平均方位针对每个极化稍微不同，因此两个极化的相对效率可能变化。具有在图12a上示出的方向的双折射晶体的使用可以具有在图12b中示出的效果。不同的极化在不同方向中传播以及因此能够朝向两个不同的像素而被引导。类似地，能够从不同的像素来组合不同的极化。双折射材料93在两个极化之间引起“走离效应(walk-off)”。此类布置具有作为偏光器的应用，其中具有未知极化的输入光束被分离成具有正交极化的两个分离的光束。

在图12b中示出的现象可以用于具有球形或柱面透镜的光学系统，而在图12a中示出的布置更适合于柱面透镜。

与由正方晶格能够获得的相比，可以通过六方晶格来提供微透镜的更加紧凑的布置。在收集来自发射器的光中，此类设置可以更加高效。所有以上描述的配置可以被适应于如在图13中示出的六角对称。需要相应地调节像素产生元件的相位。

由于光学器件的对称性质，因此在一个方向中发射的系统能够接收来自该方向的光。因此，以上描述的原理能够用于两个方向中，即操纵发射的光束以及操纵接收器的视野。考虑到后一个选项，参照图14的示出方法的流程图，该方法用于在110处通过使用移相器和芯片外的耦合器来接收光束，该移相器和芯片外的耦合器用于提供芯片上的相控阵列的相位控制的像素。在112处，通过在相控阵列的前面的至少一个光学组件，光束被引导到相位控制的像素。

以上描述的原理可以应用于例如在视线内的设备之间的超高速数据传递。设备中的至少一个设备可以是移动设备。例如，可以提供与在移动设备和服务器之间的支付和其它安全应用有关的无条件安全的通信。无条件安全的通信可以基于量子通信，例如基于量子密钥分配(QKD)。可能的应用的其它示例是光探测和测距(LIDAR)、三维全息术和生物科学。一个优点是在光束操纵中不需要涉及到机械部件。能够减少衍射级的数量。能够增加相控阵列的调谐范围。

能够通过两个参数(例如，两个电压)而不是每个像素一个参数来控制该布置。根据另一个方面，提供了装置和方法，它们用于使得能够基于单个参数来控制在相控阵列上的多个像素的在方向中的相位和/或聚焦。

一种用于提供相位控制的像素的相控阵列装置包括：芯片外的耦合器、定向耦合器(其被配置为将光引导到在至少一个方向中的芯片外的耦合器)以及在至少一个方向中的定向耦合器之间提供的移相器，其中基于单个控制参数来控制在至少一个方向中的移相器。

如在以上段落中限定的相控阵列装置被配置为使得每个像素发射具有不同相位的光，在像素的相位之间的差是相同的。

如在以上两个段落中的任何一个段落所限定的相控阵列装置，其中像素的相位被配置为基于两个控制参数在两个正交方向中被调节。

如在以上三个段落中的任何一个段落所限定的相控阵列装置，其中提供与针对聚焦的调节的芯片外的耦合器相关联的第二移相器。

如在以上段落所限定的相控阵列装置，其中每个第二移相器的尺寸被设计为使得其全体模仿透镜的形状。

如在以上段落所限定的相控阵列装置，其中基于球形和/或抛物线形依赖性来提供第二移相器的尺寸计算。

如在以上六个段落中的任何一个段落所限定的相控阵列装置，其中控制参数基于电压或电流。

一种用于提供在相控阵列上的相位控制的像素的方法，包括：通过被配置为将光引导到在至少一个方向中的芯片外的耦合器的定向耦合器，将光引导到芯片外的耦合器，以及基于单个控制参数控制在至少一个方向中的定向耦合器之间的所提供的移相器。

如在以上段落中限定的方法，其中每个像素发射具有不同相位的光，在像素的相位之间的差是相同的。

如在以上两个段落中的任何一个段落所限定的方法，包括基于两个控制参数在两个正交方向中调节像素的方位。

如在以上三个段落中的任何一个段落所限定的方法，包括通过与芯片外的耦合器相关联而提供的第二移相器来调节聚焦。

如在以上段落所限定的方法，其中每个第二移相器的全体来模仿透镜的形状。

如在以上段落所限定的方法，其中基于球形和/或抛物线形依赖性来提供第二移相器的尺寸计算。

如在以上六个段落中的任何一个段落所限定的方法，包括使用电压或电流作为控制参数的基础。

根据一个示例，提供了一种用于产生和/或接收光束的示例的适当装置或构件，其包括：在芯片上的相控阵列和光学构件，在芯片上的相控阵列包括移相器构件和耦合构件以用于提供相位控制的像素，该光学构件被布置在相控阵列的前面，该光学构件用于集中来自相控阵列的光和/或扩展用于输入到相控阵列中的所接收的光的光束。

注意的是，尽管已经使用移动通信设备作为一个示例描述了实施例，但是类似的原理能够应用于具有发射和/或接收光束的能力的任何其它的设备。因此，尽管以上参照某些示例化设备和技术通过示例描述了某些实施例，但是原理可以应用于除了在本申请中说明和描述的那些之外的任何其它合适形式的设备。

可以借助于一个或多个数据处理器来提供在相关设备处所要求的数据处理装置和功能。所描述的功能可以由分立的处理器或由集成的处理器来提供。数据处理装置可以具有适合于本地技术环境的任何类型，以及可以包含以下中的一个或多个：作为非限制性示例，通用计算机、专用计算机、微处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、门级电路和基于处理器的双核或多核处理器架构。数据处理可以被分布在若干数据处理模块中。可以借助于例如至少一个芯片来提供数据处理器。也可以在相关设备中提供适当的存储容量。存储器或多个存储器可以具有适合于本地技术环境的任何类型以及可以使用任何合适的数据存储技术来实现，诸如基于半导体的存储器设备、磁存储设备和系统、光存储设备和系统、固定存储器和可移动存储器，其包含适当类型的数据存取存储器(RAM)和只读存储器(ROM)。

一般来说，各种实施例可以实现成硬件或专用电路、软件、逻辑或其任何组合。本发明的一些方面可以实现成硬件，而其它方面可以被实现成可以由控制器、微处理器或其它计算设备运行的固件或软件，尽管本发明不限制于此。虽然可将本发明的各个方面说明和描述成框图、流程图或使用一些其它图形表述，但是应当很好理解的是，本文所述的这些框、装置、系统、技术或方法可被实现成作为非限制性示例的硬件、软件、固件、例如用于控制通信、用户接口、以及数据处理的专用电路或逻辑、通用硬件或控制器或其它计算设备、或其一些组合。可将软件存储在物理介质上，诸如存储芯片、或实现在处理器内的存储块、诸如硬盘或软盘的磁介质、以及诸如例如DVD和其数据变型CD的光介质，以及云存储布置。

本申请中描述的示例可以提供某些优点。例如，能够提供在移动设备之间的超高速文件传递。可以使QKD作为商业应用投入使用。

上述描述已经通过示例性和非限制性示例提供了本发明的示例实施例的充分和教示性的描述。然而，当结合附图和所附权利要求书阅读时，鉴于上述描述，各种修改和适应对相关领域的技术人员来说是明显的。然而，本发明的教示的所有此类和类似的修改都将落入如在所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内。实际上，有另外实施例，其包括前述的其它实施例中的任何实施例中的一个或多个实施例的组合。

Claims

1.一种用于产生和/或接收光束的装置，包括：

在芯片上的相控阵列，其包括移相器和芯片外的耦合器以提供相位控制的像素，以及

光学系统，所述光学系统被布置在所述相控阵列的前面，所述光学系统被配置为集中来自所述相控阵列的光和/或扩展用于输入到所述相控阵列中的所接收的光的光束。

2.根据权利要求1所述的装置，其中所述光学系统包括

至少一个微透镜，其被布置为使由所述相控阵列所发射的光准直，以及

反向光束扩展器，其被布置为放大从所述至少一个微透镜输出的光束。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其中所述光学系统包括共焦的光束扩展器，通过至少一个会聚透镜和至少一个发散透镜、通过至少两个会聚透镜、通过棱镜光束扩展器、或通过光栅布置来提供所述光束扩展器。

4.根据任何一项前述权利要求所述的装置，其中所述光学系统包括至少一个微透镜，所述至少一个微透镜被布置为减少由所述相控阵列所发射的光的衍射级的数量。

5.根据任何一项前述权利要求所述的装置，其中在所述阵列上的像素的相位的控制被布置为借助于单个参数在至少一个方向中来提供。

6.根据权利要求5所述的装置，其中基于各自的两个参数在两个正交方向中来控制所述阵列的所有像素的相位。

7.根据权利要求5或6所述的装置，其中在所述相控阵列上的像素的聚焦的控制被布置为基于一个参数来提供。

8.根据任何一项前述权利要求所述的装置，其中所述至少一个微透镜的焦距近似等于在芯片外的耦合器之间的距离与所述芯片外的耦合器的散度的比率。

9.根据任何一项前述权利要求所述的装置，其中所述移相器被布置在所述芯片外的耦合器之间，以便每个移相器在每个连续的芯片外的耦合器之间添加相同的相位。

10.根据任何一项前述权利要求所述的装置，包括在所述像素之前的另外的移相器。

11.根据任何一项前述权利要求所述的装置，包括至少一个柱面透镜和/或至少一个球面透镜。

12.根据任何一项前述权利要求所述的装置，其中所述芯片外的耦合器直接被提供作为在所述相控阵列的波导上的周期性结构。

13.根据任何一项前述权利要求所述的装置，包括被配置为提供极化分集的芯片外的耦合器。

14.根据任何一项前述权利要求所述的装置，其中所述光学系统包括在正方晶格或六方晶格中提供的微透镜。

15.一种用于发射和/或接收光束的设备，其包括任何一项前述权利要求的装置。

16.一种用于产生光束的方法，包括：

由在芯片上的相控阵列的相位控制的像素来发射光，其中通过移相器和芯片外的耦合器来提供所述像素，以及

引导来自所述相位控制的像素的光通过光集中光学系统。

17.根据权利要求16所述的方法，包括通过至少一个微透镜来减少所发射的光的衍射级以及由反向光束扩展器来放大所发射的光。

18.一种用于接收光束的方法，包括

使用移相器和芯片外的耦合器来提供在芯片上的相控阵列的相位控制的像素，以及

通过被布置在所述相控阵列的前面的光束扩展光学系统将所述光束引导到所述相位控制的像素。

19.根据权利要求16至18中的任何一项所述的方法，包括借助于单个参数来控制在至少一个方向中在所述阵列上的像素的相位。

20.根据权利要求19所述的方法，其中基于各自的单个参数在两个正交方向中来控制所述阵列的所有像素的相位和/或聚焦。

21.根据权利要求16至20中的任何一项所述的方法，包括提供极化分集。

22.一种包括代码构件的计算机程序，当在数据处理装置上运行所述程序时，所述代码构件适应于使得执行权力要求16至21中的任何一项的步骤。