CN114341715A - 波导装置 - Google Patents

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CN114341715A CN202080055401.0A CN202080055401A CN114341715A CN 114341715 A CN114341715 A CN 114341715A CN 202080055401 A CN202080055401 A CN 202080055401A CN 114341715 A CN114341715 A CN 114341715A
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Abstract

一种空间光调制(SLM)装置，包括一个或多个光输入；一个或多个光输出；布置成接收器和/或发射器阵列的多个波导，其中每个波导耦合至一个或多个光输入；以及至少一个光调制元件，用于对穿过多个波导中的至少一个波导的光进行调制。其中，所述波导和所述光调制元件集成在至少一个公共模块中，其中所述光输入或光输出之一与由真空、气体、液体和/或固体介质部分占据的自由空间区域相接。

Description

波导装置
技术领域
本发明总体涉及波导装置和包括波导装置的光学系统。特定实施例涉及基于光学相关的处理系统。
背景技术
传统的光信息处理系统由自由空间环境中运行的显示器和摄像装置组成，以利用该环境中光传播和相互作用的物理特性，例如反射、折射和衍射。这种系统包括其中用另一种气体(如氮气)代替空气、完全去除气体(通过创造真空)、或置入液体(如折射率匹配的流体)或固体(如折射率匹配的玻璃)的系统。这些改变是为了克服在实际操作环境中由于气流、热、振动等导致的问题。
为了在这些传统系统中输入或更改数据，通常使用微显示装置，例如液晶显示器(LCD)和数字微镜显示器(DMD)。此类装置包括像素阵列，并且通常通过对光的传输(装置中各个像素表现为快门)、反射(每个像素改变入射光的方向和/或属性)、或衍射(每个像素使入射光衍射)进行调制来操作。
最近，已开发出自发光微显示装置，例如有机发光二极管和无机发光二极管(OLED和microLED)显示器，其中每个电控像素自行发光。对于需要相干光的显示应用，例如光信息处理或计算，非发射显示器和自发射显示器都有其缺点。非发射显示器的开关速度可能相当受限，因为其依赖于液体物质或固体结构的机械运动，理论上其速度比固态电信号调制所能达到的速度慢得多。现有的自发光显示器发出非相干光，不能用于要求光相干性的系统设计。因此，需要一种既能发射相干光又能被高速调制的新型显示器。
类似地，这些传统系统中使用相机和传感器将光学处理系统的结果转换为电信号，以供传统的电子计算系统使用。这种传感器通常是光电探测器阵列，或者是使用互补金属氧化物半导体(CMOS)或电荷耦合器件(CCD)技术制造的成像传感器(相机)。然而，这些传感器中的大多数通常被设计用于光强度比光相位重要的电影摄影或天文领域，而对于光信息处理系统而言相位由于其更高的信息承载能力是优选的。同样，相对于传统计算系统可用的内存技术，典型传感器的运行速度通常非常慢(通常慢一到两个数量级)，部分原因在于其是有目标的操作使用(以人为中心的装置，如电影和影像相机)，部分原因在于芯片封装。因此，非常需要一种既高速又对光的相位或多重特性进行操作的光电检测阵列。
发明内容
根据第一独立方面，提供了一种根据权利要求1所述的SLM装置。可选地，所述SLM装置可以是自发射的。
本发明的该方面涉及用于信息传输和/或信息处理目的的光调制(尤其是相位，可选地是强度、振幅和/或偏振)，其中多个光发射、调制和/或检测部件或装置与或不与传统光学部件或装置一起以各种配置组合，从而形成光信息处理系统。根据该方面的装置包括一个或多个光波导，该光波导承载光以用于调制、传输和/或检测(相位、强度、振幅、偏振或其组合)目的。至少一个(优选为每个)波导可以通过成一直线的、相邻的、或围绕的部件(例如电光波导、热光波导或其他邻近波导)而被调制或影响，以达到当光穿过波导和装置时改变或维持光特性的目的，光特性包括相位、强度、振幅和/或偏振。
根据本发明的至少一个独立方面的装置是光学调制或直通装置。装置上的相位、强度、振幅和/或偏振调制的光波导被布置成发射器阵列，从而形成发射或自发射空间光调制器或显示装置。
光调制可以例如通过以下方式实现：通过波导的物理设计来被动地、或者通过电控调制器主动地，利用与光波导成直线、邻近光波导、或围绕光波导的一种或多种调制材料改变波导的折射率或在波导内产生干涉来实现所需的调制。这种调制材料或部件可以包括但不限于引起线性(普克尔)效应的材料或部件例如热光移相器、引起二次(克尔)效应的材料或部件例如电光聚合物、或引起其他非线性效应的材料或部件。调制部件还可以包括增益部件，例如线性波导放大器、平面波导放大器或者体积波导放大器，包括渐逝耦合泵放大器。例如，光源可以在装置上或装置外，经由分支或扇出波导阵列耦合至装置的每个发射波导，从而将原始光源分成多个路径。如果需要，例如在原始光源是光纤耦合激光二极管的情况下，这允许发射的光保持原始光源的相干特性。例如，波导和相位调制元件可以使用光刻技术形成。在光路中，发射元件后可以可选地跟随有微透镜(小透镜)阵列，该微透镜阵列用于捕获从每个波导发射的光并将其投射到准直台。
可选地，所有发射元件波导从单个波导分支出来，该单个波导通过波导或光纤耦合至装置上或装置外的光源。每个波导可以具有任意数量的调制或混合部件，其如针对核心调制装置所述。发射表面可以是平面的、半球形的、或某种其他非平面形状。
在另一独立方面，提供了一种根据所附权利要求中限定的任一方面所述的接收器-发射器SLM装置。相应地，该装置具有至少两个元件阵列，一个元件阵列用于接收光，一个元件阵列用于发射光。接收阵列上的元件数目可以或可以不等于发射阵列的元件数目。接收元件和/或发射元件可以各自耦合至其自身的外部光纤线缆，从而允许调制光通过光纤而不是自由空间进入和/或离开装置。至少一个波导将接收元件连接到发射元件，并且可以具有或不具有任意数量的如上文针对第一独立方面描述的调制组件。接收阵列相对于发射阵列可以或可以不处于：同一空间平面、正交平面、相对平面或具有任何其他配置，包括非平面布置或定向。
在接收器-发射器装置的一种变型中，接收阵列元件的数量等于发射阵列元件的数量，装置内有或没有波导调制或混合部件。在接收器-发射器装置的第二变型中，接收阵列元件的数量少于发射阵列元件的数量，可以或可以不被配置成将输入按比例调整到更大的阵列，在装置内具有或不具有波导调制或混合部件。在接收器-发射器装置的第三变型中，接收阵列元件的数量大于发射阵列元件的数量，可以或可以不被配置成将较大的阵列缩小为较小的阵列，装置内具有或不具有波导调制或混合部件，其中波导可以或可以不被配置成使得一个或多个波导中的光可以或可以不相互作用或影响装置内的一个或多个波导中的光。
在从属方面，单光源发射器与接收器-发射器SLM装置变型相组合，数据通过自由空间或耦合光纤进入每个元件的接收器阵列，并对装置内部的单光源分支波导阵列进行调制。调制后，光从经调制的单光源分支波导发射器阵列离开装置。内部波导阵列可以或可以不具有如前文针对核心的、单光源-发射器和接收器-发射器装置所描述的调制或混合部件。
在另一独立方面，提供了一种如适当权利要求中任一项所述的光电检测装置。该光电检测装置可以包括接收器波导耦合的光接收元件，如通过接收器-发射器装置所描述的。内部波导可以具有或不具有如针对第一装置及其变型所描述的调制或混合部件。
在光电检测装置的一个变型中，提供了光电检测器阵列装置，每个波导终止于电光光电检测器。所有波导可以具有或不具有如针对所有其他设备及变型所描述的调制或混合部件。
在光电检测装置的另一变型中，提供了逐元件干涉测量装置，用作系统的数据载体的光源如单光源发射器SLM装置中所述那样被分支，并且经由干涉测量元件或差分元件耦合至接收器元件波导阵列，干涉测量元件或差分元件例如为Mach-Zender干涉仪或差分检测器元件，其确定原始光源与装置中每个基本波导接收的光之间的相移。所有波导可以或可以不具有如针对所有其他装置及变型描述的调制或混合部件。
在光电检测装置的另一变型中，提供了混合振幅相位检测装置，其是第一变型和第二变型的组合，其中每个基本波导终止于混合检测装置，该混合检测装置可以或可以不将波导分为一个或多个单独的检测器以测量多种光特性，包括但不限于用于测量光的振幅或强度的检测器、用于测量光的相位的检测器、用于测量光的偏振的检测器、或用于测量光特性的任何组合的检测器，其中所有可能的检测器测量这些特性相对于已知值(例如已知常数值)、先前值、或相对于原始光源的值。所有波导可以或可以不具有如针对所有其他装置及变型所描述的调制或混合部件。
在另一从属方面，提供了包括自发射SLM装置的光学系统，其中所述多个波导中的每个波导通过自由空间区域与至少一个其他装置共享公共光轴。自由空间区域例如可以是气体、液体、固体或真空。
可选地，光学系统包括焦距为f的至少一个透镜，以及任意数量的附加光学元件。可选地，光学系统包括焦距为f的至少一个组件，以及任意数量的附加光学元件。两个相连装置之间的自由空间的光路长度可以等于2f。可选地，三个相继相连装置之间的自由空间的总光路长度等于4f。替选地，两个相连装置之间的自由空间的光路长度至少为2f。可选地，三个相继相连装置之间的自由空间的总光路长度至少为4f。
执行光电检测的任一装置可以检测：光的相位，光的振幅，光的偏振，光的强度，光的相位和振幅，光的相位和强度，光的相位和偏振，光的振幅和偏振，光的强度和偏振，光的相位、振幅和偏振，以及光的相位、强度和偏振。
从根本上说，第一独立方面表示用于调制或将光传递到系统的后续阶段的空间光调制装置，至少一个进一步的独立方面表示用于终止系统并将信息从光域转换到电域的光电检测装置。这两种装置的变型可以形成光信息处理系统中的部件。
权利要求中定义的独立方面的变型可用于替换传统光信息处理系统中的一个或多个部件。单光源发射器可以代替传统显示装置(如电视、计算机或投影仪显示器)使用，或者用作传统光信息处理系统的第一级，替代光源和系统中的第一空间光调制器两者。同样，接收器-发射器SLM装置可以用作光调制器/光信息处理系统的滤波器级。光电检测装置可以用作传统光信息处理系统最终级的替代，代替相机或成像传感器阵列，在此输入光源是可以耦合至光电检测装置的激光或其他相干光源。
将这些显示器和传感器阵列一起使用可以创建紧凑的光信息处理系统。这些显示器和相机装置的不同组合提供不同的益处，提供了用这些部件替换部分或全部传统光信息处理系统的可能。在其优选配置下，光信息处理系统在速度、分辨率和准确性方面比传统系统有显著改进，可以完全取代传统的电子计算架构。
其他方面
在又一独立方面，提供了空间光调制SLM装置，包括：一个或多个光输入；一个或多个光输出；多个波导，其被布置成接收器和/或发射器阵列，其中每个波导耦合至一个或多个光输入；以及至少一个光调制元件，其用于对穿过多个波导中的至少一个波导的光进行调制。其中，所述波导和所述光调制元件集成在至少一个公共模块中，其中所述光输入或光输出中之一与由真空、气体、液体和/或固体介质部分占据的自由空间区域相接。优选地，所述模块具有电光互连，用于连接到处理系统。优选地，至少一个光调制元件与多个波导中的至少一个波导成一直线。优选地，至少一个光调制元件是与多个波导中的至少一个波导相邻的波导。可选地，至少一个光调制元件围绕所述多个波导中的至少一个波导。
优选地，至少一个光调制元件包括下述中的一者或更多：热光移相器、电光聚合物、至少一个增益部件，和/或渐逝耦合泵放大器。可选地，光输入在装置外并且通过分支元件耦合至多个波导中的每个波导。在另一实施例中，该装置还包括另一波导阵列，其用于将光输入分成多个光路。在另一实施例中，该装置还包括微透镜阵列，其用于捕获穿过多个波导中的至少一个波导后的调制光，并将捕获的调制光投射向由真空、气体、液体和/或固体介质部分占据的自由空间区域。在一个附属方面，多个波导从耦合至光输入的单个波导分支出来。在另一附属方面，模块集成了多个波导并且具有光发射表面和/或光接收表面。在另一附属方面，多个波导中的至少一个波导具有平面光发射表面和/或平面光接收表面。可选地，多个波导中的至少一个波导具有非平面光发射表面和/或非平面光接收表面。在另一附属方面，所述SLM装置是自发射的。
在另一独立方面，实施例提供了一种光处理系统，包括根据本文公开的任何方面的多个SLM装置，其中至少两个SLM装置通过由真空、气体、液体和/或固体介质部分地占据的公共自由空间区域相连通。在一个附属方面，在所述至少两个SLM装置之间光学地定位有至少一个透镜。在另一附属方面，所述SLM装置中的至少一个与电光载体相接。在另一附属方面，光处理系统包括焦距为f的至少一个透镜和任意数量的附加光学元件。优选地，光处理系统包括焦距为f的至少一个组件和任意数量的附加光学元件。优选地，两个相连装置之间的自由空间的光路长度等于2f。进一步可选地，两个相连装置之间的自由空间的光路长度至少为2f。进一步可选地，两个相连装置之间的自由空间的光路长度满足以下之一或多个：至少f、小于f、等于f。进一步可选地，三个相继相连装置之间的自由空间的总光路长度等于4f。进一步可选地，三个相继相连装置之间的自由空间的总光路长度至少为4f。在进一步的方面，三个相继相连装置之间的自由空间的总光路长度满足以下之一或多个：至少f、小于f、等于f。在另一附属方面，所述装置中的一个或多个执行光电检测并检测以下中的一个或多个：光的相位；光的振幅；光的偏振；光的强度；光的相位和振幅；光的相位和强度；光的相位和偏振；光的振幅和偏振；光的强度和偏振；可选地，可以同时检测强度和偏振；光的相位、振幅和偏振的组合；光的相位、强度和偏振的组合。
在更广泛的方面，实施例提供了一种光学相关器，其包括多个根据本文所述的任一方面的SLM装置，其中至少两个SLM装置通过由真空、气体、液体和/或固体介质部分地占据的公共自由空间区域相连通。
在更广泛的方面，一种接收器-发射器SLM装置，包括布置成发射器阵列的第一多个元件，布置成接收器阵列的第二多个元件；将所述发射器阵列与所述接收器阵列耦合的波导阵列；其中，所述发射器阵列、所述接收器阵列和所述波导阵列集成到公共模块中。优选地，所述模块具有电光互连，用于连接到处理系统。更优选地，第一多个元件耦合到相应的光纤以允许调制光离开装置。可选地，第二多个元件耦合到相应的光纤以允许调制光进入装置。在另一附属方面，接收器-发射器SLM装置还包括至少一个光调制元件，用于对穿过至少一个波导的光进行调制。在另一附属方面，所述至少一个光调制元件与所述至少一个波导成一直线。在另一附属方面，所述至少一个光调制元件是与至少一个波导相邻的波导。在另一附属方面，至少一个光调制元件包围至少一个波导的部分或全部。优选地，至少一个光调制元件包括以下一种或更多种：热光调制器、电光调制器、声光调制器、机械调制器、至少一个增益部件；可选地，所述至少一个增益部件包括渐逝耦合泵放大器。可选地，发射器阵列与接收器阵列处于同一平面中。更优选地，发射器阵列是与接收器阵列正交的平面。可选地，发射器阵列在与接收器阵列相对的平面上。在另一附属方面，发射器的数量等于、大于或小于接收器的数量。
在更广泛的方面中，实施例提供了一种系统，该系统包括至少一个根据本文描述的任何一个方面的SLM装置和至少一个根据本文描述的任何一个方面的接收器-发射器SLM装置，该系统被配置成用接收器-发射器SLM装置的接收器阵列接收光，从而提供光输入，其中自发射空间光调制SLM装置的多个波导从耦合到光输入的单个波导分支出出来。
在更广泛的方面，一种光电检测装置，包括输入阵列、输出阵列和光学布置在所述输入阵列和所述输出阵列之间的多个波导，其中，所述输入阵列、所述输出阵列和多个波导集成在公共模块中，并设置有光电检测器以将调制光从光域转换到电域。可选地，光电检测装置还包括至少一个光调制元件，用于对穿过所述多个波导中的至少一个的光进行调制。可选地，光电检测装置包括多个波导中的至少一个，其终止于以下之一或组合：干涉式光电检测器、电光式光电检测器和/或差分光电检测器。可选地，将一个或多个波导分成多个检测器，用于测量多种光特性。在进一步的从属方面，所述光电检测器通过以下一项或更多项进行光电检测：检测光的相位、检测光的振幅、检测光的偏振、检测光的强度、检测光的相位和振幅、检测光的相位和强度、检测光的相位和偏振、检测光的振幅和偏振、检测光的强度和偏振；可选地，可以同时检测强度和偏振；检测光的相位、振幅和偏振的组合；检测光的相位、强度和偏振的组合。
在更广泛的方面，实施例提供了一种显示装置，其包括根据本文所述的任一方面的SLM装置。
在更广泛的方面，SLM-光电检测装置包括一个或多个光输入、一个或多个光输出、布置成接收器和/或发射器阵列的多个波导，其中每个波导耦合到一个或多个光输入，以及至少一个光调制元件，用于对穿过多个波导中的至少一个波导的光进行调制；其中，所述波导和所述光调制元件集成在至少一个公共模块中，其中所述光输入或所述光输出之一与由真空、气体、液体和/或固体介质部分地占据的自由空间区域相接；所述装置还包括用于将调制光从光域转换到电域的一个或多个光电检测元件，所述光电检测元件与所述波导的多个波导元件或与另外多个波导的多个波导元件一起操作；所述多个波导元件被布置成形成接收器阵列。
在更广泛的方面，本发明的实施例涉及SLM-光电检测装置。
在更广泛的方面，一种接收器-发射器-光电检测装置包括：被布置成发射器阵列的第一多个元件，被布置成接收器阵列的第二多个元件；将第一多个元件中的至少一个耦合到第二多个元件中的至少一个的至少一个波导；所述装置还包括一个或多个光电检测元件，用于将调制光从光域转换到电域，所述光电检测元件与所述多个元件中的一个或多个或与另外多个元件中的一个或多个一起操作；所述多个元件被布置为所述接收器阵列的一部分或布置作为另一接收器阵列。
在更广泛的方面，实施例描述了一种光信息处理系统，该系统包括至少一个根据本文描述的任一方面的SLM装置。在更广泛的方面，实施例描述了一种光信息处理系统，该系统包括至少一个根据本文描述的任何方面的SLM-光电检测装置。
在更广泛的方面，实施例描述了一种光信息处理系统，该系统包括至少一个根据任何合适的前述方面的接收器-发射器-光电检测装置。
在更广泛的方面中，实施例描述了一种光信息处理系统，该系统包括根据任何合适的前述方面的至少一个接收器-发射器SLM装置和光电检测装置。
在更广泛的方面，实施例描述了一种光信息处理系统，该系统包括根据任何合适的前述方面的至少一个SLM和光电检测装置。
在更广泛的方面，一种光学系统，包括至少一个根据前述权利要求中任一项所述的SLM装置，其中来自任何给定SLM的发射或接收表面中的每个表面与至少一个其他发射或接收表面经由被真空、气体、液体和/或固体介质部分地占据的自由空间区域共享公共光轴。
有利地，这些实施例中的许多实施例尽管在与液晶SLM阵列或面板相比时，提供了像素数的显著减少和随之而来的较低分辨率，但是集成波导为集成解决方案提供了提高的速度。
附图说明
将参照附图描述本发明的各个方面，在附图中：
图1示出了具有一个输入装置和一个输出装置的2f系统的示意图。
图2示出了具有一个输入装置和一个输出装置的4f系统的示意图。
图3示出了具有一个输入装置、一个滤波器装置和一个输出装置的4f系统的示意图。
图4示出了具有两个输入装置、一个滤波器装置和一个输出装置的4f系统的示意图。
图5示出了图4所示系统的配置示意图，其中每个输入具有独立的外部激光器，以提供载波信号和/或泵浦能量。
图6示出了图4所示系统的配置示意图，其中所有输入共享同一外部激光器，以提供载波信号和/或泵浦能量。
图7示出了图4所示系统的配置示意图，其中所有输入共享同一装置上激光器，以提供载波信号和/或泵浦能量。
图8示出了图3所示系统的配置示意图，其中输入具有外部激光器，以提供载波信号和/或泵浦能量。
图9示出了图3所示系统的配置示意图，其中输入具有装置上激光器，以提供载波信号和/或泵浦能量。
图10示出了图1所示系统的配置示意图，其中输入具有外部激光器，以提供载波信号和/或泵浦能量。
图11示出了图1所示系统的配置示意图，其中输入具有装置上激光器，以提供载波信号和/或泵浦能量。
图12示出了图4所示系统的配置示意图，其中每个输入具有独立的装置上激光器，以提供载波信号和/或泵浦能量。
图13示出了图4所示系统的配置示意图，其中数据线提供载波和数据信号两者。
图14示出了图3所示系统的配置示意图，其中数据线提供载波和数据信号两者。
图15示出了图1所示系统的配置示意图，其中数据线提供载波和数据信号两者。
图16a和图16b分别示出了图5所示配置的可能构造的俯视示意图和侧视示意图，其中所有装置及其接收表面和发射表面平行于这些装置共享的载波芯片的顶表面。
图17a和图17b分别示出了图5所示配置的可能构造的俯视示意图和侧视示意图，其中所有装置均由多个芯片组成，并且装置的所有接收表面和发射表面垂直于其共享的载波芯片的顶表面。
图18a和图18b分别示出了图5所示配置的可能构造的俯视示意图和侧视示意图，其中所有装置均由多个芯片组成，装置的所有接收表面和发射表面垂直于其共享的载波芯片的顶表面，并且除了接收芯片和发射芯片之外，所有装置部件和波导网络都并入载波芯片中。
图19a和图19b分别示出了图5所示配置的可能构造的俯视示意图和侧视示意图，其中所有装置均由多个芯片组成，装置的所有接收表面和发射表面平行于其共享的载波芯片的顶表面，并且除了接收芯片和发射芯片之外，所有装置部件和波导网络都并入载波芯片中。
图20a和图20b分别示出了图5所示配置的可能构造的俯视示意图和侧视示意图，其中所有装置集成在其共享的载波芯片中，并且所有接收表面和发射表面平行于共享的载波芯片的顶表面。
图21a和图21b分别示出了图5所示配置的可能构造的俯视示意图和侧视示意图，其中所有装置均为单个单片部件，并且所有接收表面和发射表面垂直于其共享的载波芯片的顶表面。
图22a和图22b分别示出了图5所示配置的可能构造的俯视示意图和侧视示意图，其中所有装置包括平行于其共享的载波芯片的顶表面堆叠的多个组件，并且所有聚合的接收表面和发射表面垂直于其共享的载波芯片的顶表面。
图23a和图23b分别示出了图5所示配置的可能构造的俯视示意图和侧视示意图，其中所有装置包括垂直于其共享的载波芯片的顶表面堆叠的多个组件，并且所有聚合的接收表面和发射表面垂直于其共享的载波芯片的顶表面。
图24a和图24b分别示出了图5所示配置的可能构造的俯视示意图和侧视示意图，其中所有装置和自由空间区域集成到其共享的载波芯片中，并且所有接收表面和发射表面平行于其共享的载波芯片的顶表面。
图25a和图25b分别示出了图5所示配置的可能构造的俯视示意图和侧视示意图，其中所有装置和自由空间区域集成到其共享的载波芯片中，并且所有接收表面和发射表面垂直于其共享的载波芯片的顶表面。
图26a和图26b分别示出了图8所示配置的可能构造的俯视示意图和侧视示意图，其中所有装置及其接收表面和发射表面平行于其共享的载波芯片的顶表面。
图27a和图27b分别示出了图8所示配置的可能构造的俯视示意图和侧视示意图，其中所有装置包括多个芯片，并且装置的所有接收表面和发射表面垂直于其共享的载波芯片的顶表面。
图28a和图28b分别示出了图8所示配置的可能结构的俯视示意图和侧视示意图，其中所有装置包括多个芯片，装置的所有接收表面和发射表面垂直于其共享的载波芯片的顶表面，并且除了接收芯片和发射芯片之外，所有装置部件和波导网络集成在载波芯片中。
图29a和图29b分别示出了图8所示配置的可能结构的示意图的俯视图和侧视图，其中所有装置均包括多个芯片，装置的所有接收和发射表面都平行于它们的共享的载波芯片的顶表面，并且除了接收和发射芯片之外，所有装置部件和波导网络都合并在载波芯片中。
图30a和图30b分别示出了图8所示配置的可能结构的示意图的俯视图和侧视图，其中所有装置都集成到它们的共享载波芯片中，并且所有接收和发射表面都平行于它们共享载波芯片的顶表面。
图31a和图31b分别示出了图8所示配置的可能结构的示意图的俯视图和侧视图，其中所有装置都是单个单片部件，并且所有接收和发射表面都垂直于它们共享载波芯片的顶表面。
图32a和图32b分别示出了图8所示配置的可能结构的示意图的俯视图和侧视图，其中所有装置均包括平行于它们的共享载波芯片的顶部表面而堆叠的多个部件，并且所有聚合接收和发射表面垂直于它们的共享载波芯片的顶表面。
图33a和图33b分别示出了图8所示配置的可能结构的示意图的俯视图和侧视图，其中所有装置均包括垂直于它们的共享载波芯片的顶表面而堆叠的多个部件，并且所有聚合接收和发射表面垂直于它们共享载波芯片的顶表面。
图34a和图34b分别示出了图8所示配置的可能结构的示意图的俯视图和侧视图，其中所有装置和自由空间区域都集成到它们的共享的载波芯片中，并且所有接收和发射表面都平行于它们的共享载波芯片的顶表面。
图35a和图35b分别示出了图8所示配置的可能结构的示意图的俯视图和侧视图，其中所有装置和自由空间区域都集成到它们的共享的载波芯片中，并且所有接收和发射表面都垂直于它们的共享载波芯片的顶表面。
图36a和图36b分别示出了图10所示配置的可能结构的示意图的俯视图和侧视图，其中所有装置和它们的接收和发射表面都平行于它们的共享载波芯片的顶表面。
图37a和图37b分别示出了图10所示配置的可能结构的示意图的俯视图和侧视图，其中所有装置都包括多个芯片，并且装置的所有接收和发射表面都垂直于它们的共享载波芯片的顶表面。
图38a和图38b分别示出了图10所示配置的可能结构的示意图的俯视图和侧视图，其中所有装置均包括多个芯片，装置的所有接收和发射表面都垂直于它们的共享的载波芯片的顶表面，并且除了接收和发射芯片之外，所有装置部件和波导网络都合并到载波芯片中。
图39a和图39b分别示出了图10所示配置的可能结构的示意图的俯视图和侧视图，其中所有装置均包括多个芯片，装置的所有接收和发射表面都平行于它们的共享载波芯片的顶表面，并且除了接收和发射芯片之外，所有装置部件和波导网络都合并在载波芯片中。
图40a和图40b分别示出了图10所示配置的可能结构的示意图的俯视图和侧视图，其中所有装置都集成到它们的共享载波芯片中，并且所有接收和发射表面都平行于它们的共享载波芯片的顶表面。
图41a和图41b分别示出了图10所示配置的可能结构的示意图的俯视图和侧视图，其中所有装置都是单个单片部件，并且所有接收和发射表面都垂直于它们的共享载波芯片的顶表面。
图42a和图42b分别示出了图10所示配置的可能结构的示意图的俯视图和侧视图，其中所有装置均包括平行于它们的共享载波芯片的顶表面而堆叠的多个部件，并且所有聚合接收和发射表面垂直于它们的共享载波芯片的顶表面。
图43a和图43b分别示出了图10所示配置的可能结构的示意图的俯视图和侧视图，其中所有装置均包括垂直于它们的共享载波芯片的顶表面而堆叠的多个部件，并且所有聚合接收和发射表面垂直于它们的共享载波芯片的顶表面。
图44a和图44b分别示出了图10所示配置的可能结构的示意图的俯视图和侧视图，其中所有装置和自由空间区域都集成到它们的共享的载波芯片中，并且所有接收和发射表面都平行于它们的共享载波芯片的顶表面。
图45a和图45b分别示出了图10所示配置的可能结构的示意图的俯视图和侧视图，其中所有装置和自由空间区域都集成到它们的共享的载波芯片中，并且所有接收和发射表面都垂直于它们的共享载波芯片的顶表面。
图46示出了包括一个或多个子系统部件的通用复杂光学系统的示意图，其中子系统部件可以是任何和/或可能的复杂光学系统、结构、配置、系统、装置和/或它们的变型.
图47示出了图46所示的具有四个子系统部件的复杂系统的可能配置的示意图。
图48示出了结合复杂光学系统的可能的计算机外围装置的示意图。
图49示出了可能的计算机外围装置的示意图，该计算机外围装置结合了具有复杂光学系统的功能的复杂光学系统以及来自图48所示外围设备的电气部件和/或存储器组件。
图50示出了结合复杂光学系统的可能的计算机主板的示意图。
图51显示了结合复杂光学系统的可能的智能手机主板的示意图。
图52示出了结合电处理单元和复杂光学系统的可能处理器的示意图。
图53示出了结合图52所示的电光处理器的可能计算机主板的示意图。
图54示出了结合复杂光学系统的可能的电光计算机主板的示意图。
图55示出了包括一个或多个电气和/或电光计算机服务器的可能的电光高性能计算系统的示意图。
图56示出了基本波导阵列装置的示意图。
图57示出了基本波导阵列装置的具有波导阵列的放大图的示意图。
图58示出了基本波导阵列装置的具有内部波导网络的放大图的示意图。
图59示出了光电检测装置的具有波导阵列和内部波导网络的放大视图的示意图。
具体实施方式
在示例中，光信息处理系统包括根据本文所述的独立方面的装置的一个或多个变型，其中这些装置可以被配置为如图1所示的2f光信息处理系统(例如联合变换相关器系统)，如图2和图3所示的4f光信息处理系统(例如匹配滤波器相关器系统)，和/或部件和/或装置的任何其他组合。光信息处理系统的部件和/或装置可以被自由空间、气体(如氮气)、液体(如折射率匹配液体)、固体(如折射率匹配玻璃)、或真空隔开。一个或多个光源可以与系统中的一个或多个装置一起用作数据载体和/或调制器。系统的实施例可以是独立的、或较大系统(传统的光学系统、电气系统、或电光系统、或与该系统的相同或其他配置链接在一起的系统)的一部分、或集成到光纤通信系统(例如集成到用于在线分析、处理或调制的光纤传输线中)。对于2f光学系统、4f光学系统和/或自由空间光学系统，本文描述的系统可以在内部完全模拟并且可以检测光的相位或同时检测光的振幅和相位。同样，实施例采用具有接收(光电检测)阵列的波导发射阵列来实现光信息处理系统。将小波导组合成紧凑的波导阵列的潜力使得在某些实施例中这些光信息处理系统能够被封装成紧凑的形状因子，类似于现有的芯片级装置，例如中央处理单元(CPU)芯片、现场可编程门阵列(FPGA)芯片和图形处理单元(GPU)芯片。
对于本文公开的某些装置、系统、配置、复杂系统和/或它们的变型的实施例，波导指光波导，即能够传播光的波导，包括但不限于线、肋、槽、掩埋通道、带状负载、光管、光纤等，其设计波长优选在100nm到1mm之间，优选约380nm到750nm的可见光波长，以与传统显示器和相机系统兼容，电信波长在850nm至1625nm范围内。电信波长1550nm是本发明实施例的优选目标波长，因为其是电信中使用的主要波长，并且允许将光信息处理系统直接耦合至现有的光纤基础设施以实现常规功能，例如网络监控或路由、分析或滤波、加密或解密、编码或解码、压缩或解压缩，或者许多其他可以想到的功能(所有这些功能可以使用传统的数学模型或人工智能方法来实现)。此外，波导可能被设计用于单模传播，这使得光纤小且更可预测，因为波导能够仅传播单模光，使得发生零传播时缺陷非常明显。因此，在优选的1559nm电信波长下，在该波长下波导满足单模传播条件，本发明的至少一些实施例中感兴趣的初级波导直径将在100nm与1000nm之间。这里描述的波导可以由许多材料制成，这些材料包括但不限于硅、锗、砷化镓、磷酸铟，优选的材料应具有低损耗且与传统的电子芯片光刻方法兼容，以增加与现有芯片和平台集成的便利性并且最大限度地降低成本。对于优选的1550nm设计波长，具有肋形波导设计的绝缘体上硅(例如二氧化硅上硅)在277nm肋直径和360nm蚀刻深度条件下可以支持具有零双折射的单模传播。为了确保波导之间没有串扰，假定波导之间的距离至少为最大肋尺寸的一到两倍(但较小的间隔也是可行的)。因此，如果考虑二维波导阵列，例如接收和/或发射阵列的实施例中的二维波导阵列，则该阵列的像素间距可选地介于720nm与1080nm之间。较大的像素间距将用于计算在此描述的示例系统的波导阵列分辨率，但为了易于讨论，将像素间距近似为1μm。
耦合到本文公开的所有装置、系统、配置、复杂系统和/或其变型的波导网络的调制器、检测器和其他电光元件可以是在某些实施例中限制最大可能数据吞吐量的部件，因为在优选实施例中，系统的光学部件以光速被动地工作。因此，在某些实施例中，假定的系统运行速率可以等同于最慢速的系统部件的运行速率。根据所包括的装置，运行速度可能在20MHz与30GHz之间，但可以设想较慢或较快的运行速度。
图1至图55示出了所有装置、系统、配置、结构、复杂系统和/或其变型的示意图，其并非意在限制本发明的范围，而是为了清楚地描绘可以结合在每个装置、系统、配置、构造、复杂系统和/或其变型的实施例中的基本部件。因此，除非在本文中明确说明，否则附图不一定描绘任何部件、设备、系统、配置、构造、复杂系统和/或其变型的实际尺寸、比例或位置。同样，除非本文中明确说明，否则除了任何图中描绘和/或文中描述的那些的装置、系统、配置、构造、复杂系统和/或其变型外，可以存在包括给定装置、系统、配置、构造、复杂系统和/或其变型的其他装置、系统、配置、构造、复杂系统和/或其变型。
图56示出了装置5604，其是包含构建块或模块的实施例的简单绘图，该构建块或模块可用于空间光调制装置、接收器-发射器装置和/或其变型的任何实施例。在广义方面，该装置可以是接收器-发射器SLM装置，包括：布置成发射器阵列的第一多个元件；布置成接收器阵列的第二多个元件；以及至少一个波导，其将第一多个元件中的至少一个耦合到第二多个元件中的至少一个。在更广泛的方面，该装置可以是接收器SLM装置或发射器SLM设备。在附属方面，该装置可选地包括第一多个元件，其耦合到相应的光纤以允许调制光离开该装置。在另一附属方面，第二多个元件可选地耦合到相应的光纤以允许调制光进入该装置。在另一附属方面，该装置可选地还包括至少一个光调制元件，用于对穿过至少一个波导的光进行调制。在另一附属方面，所述至少一个光调制元件与所述至少一个波导成一直线。在另一附属方面，所述至少一个光调制元件是与所述至少一个波导相邻的波导。优选地，所述调制元件和所述波导被封装在硅芯片中。在另一附属方面，至少一个光调制元件可选地围绕至少一个波导的部分或全部。在另一附属方面，至少一个光调制元件是下述之一或其组合：热光调制器、电光调制器、声光调制器和/或机械调制器。在另一附属方面，所述至少一个光调制元件可选地包括至少一个增益部件。在另一附属方面，所述至少一个增益部件可选地包括渐逝耦合泵放大器。在另一附属方面，发射器阵列与接收器阵列处于同一平面。在另一附属方面，发射器阵列处于与接收器阵列正交的平面。在另一附属方面，发射器阵列处于与接收器阵列相对的平面。在另一附属方面，发射器的数量等于、大于或小于接收器的数量。
优选地，这些装置具有内部波导网络(参见图58)，该波导网络包括一个或多个光波导，这些光波导携带光以用于对其内部所携带的光(光的相位、强度、振幅、偏振或其组合的)进行调制、传输和/或检测的目的。每个波导可以受到与其成直线、相邻或围绕该波导的部件(例如电光、热光或其他邻近波导)的调制或影响，目的在于随着光穿过波导和装置而改变或维持光的特性，包括相位、强度、振幅和/或偏振。同样，装置具有一个或多个波导耦合阵列表面，其允许波导网络与外部连接(参见图57)。装置5604示出了具有两个表面的装置，可选表面5606和表面5608。这些表面可以用于例如通过可选表面5606接收来自外部源的光，或者可以用于例如通过表面5608发射光。任何给定表面上的波导阵列中的元件数量不受限制。同样，任何给定波导阵列中的元件数量可以不等于任何其他波导阵列表面中的元件数量。
图57示出了装置5604的简单示意图，其中示出了波导阵列表面的放大图。对图57的装置5604的描述与针对图56给出的描述相同，并具有如下的附加可选细节。内部波导5712终止于表面5608，使得内部波导5712可以在发射配置下将其内部的光经由表面5608发射，或者在接收配置下从表面5608接收光。每个波导终端可选地耦合至有助于将光耦进和耦出波导的微透镜5722。
图58示出了装置5604的简单示意图，其中示出了内部波导5712的放大图。针对图58的装置5604的实施例的描述可以与针对图57和图58给出的描述相同，并具有如下的附加细节。内部波导5712可选地终止于波导阵列5608，使得内部波导5712可以在发射配置下将其内部的光经由波导阵列表面5608发射，从波导阵列表面5608接收光。每个波导终端可选地耦合至有助于将光耦进和耦出波导的微透镜5722。调制器5832代表可以通过电光、热光、声光或任何其他调制方式改变或维持波导内光的特性(包括相位、强度、振幅和/或偏振)的任何与波导5712成一直线、相邻或围绕波导5712的部件。内部波导5712的网络中的任何波导可以具有任意数量的向调制器5832的调制器。如果装置具有多个波导阵列表面，则内部波导网络将与这些表面互相连接以实现对接收光的所需调制。在某些实施例中，波导和调制器都集成在同一块、模块或芯片中，该块、模块或芯片可选地可以由硅制成。在某些实施例中，该块或模块被布置成通过具有气体或液体的空间从自由空间发射或接收光，该空间适合于所讨论类型的模块或块之间的光通信。
图59示出了光电检测装置5904，其是用于将光转换成电信号的光电检测装置的简单示例。在广义的独立方面，实施例包括用于将调制光从光域转换到电域的光电检测装置，该装置包括多个波导元件，其被布置以形成接收器阵列。可选地，该光电检测装置还包括至少一个光调制元件，用于对穿过多个波导中的至少一个波导的光进行调制。在另一附属方面，多个波导中的至少一个波导终止于一个或多个干涉式光电探测器、一个或多个电光式光电探测器、和/或一个或多个差分光电探测器。在另一附属方面，该装置还包括光输入，该光输入耦合至至少一个波导元件。在另一附属方面，所述耦合经由干涉元件或差分元件实现。在另一附属方面，多个波导中的至少另一波导可选地被分成多个检测器以用于测量多个光特性。在另一附属方面，光电检测装置通过下述一种或多种方式进行光电检测：检测光的相位；检测光的振幅；检测光的偏振；检测光的强度；检测光的相位和振幅；检测光的相位和强度；检测光的相位和偏振；检测光的振幅和偏振；检测光的强度和偏振；可选地同时检测强度和偏振；检测光的相位、振幅和偏振；以及检测光的相位、强度和偏振。
返回到图59，表面5906是光接收表面，以放大图示出了其中的耦合波导元件阵列。在某些实施例中，对表面5906的描述与针对图56至图58中的表面5608给出的描述相同。同样，在某些实施例中，内部波导5964的描述与针对图56至图58中的内部波导5608给出的描述相同。在某些实施例中，对微透镜5922的描述也可以与针对图56至图58中微透镜5722给出的描述相同。光电检测装置5904和内部波导5964耦合至光电检测器部件5982，其中光电检测器部件5982是一个或多个电光部件或光学部件，包括但不限于用于测量光的振幅或强度的检测器部件、用于测量光的相位的检测器部件、用于测量光的偏振的检测器部件、或用于测量光特性的任何组合的检测器部件，其中所有可能的检测器部件可以测量这些光特性相对于已知值(例如已知常数值)、先前值或原始光源的值，并且可以具有干涉部件或差分部件如Mach-Zender干涉仪或差分检测器元件，其确定参考光源与内部波导5964接收的光之间的相对差。在某些实施例中，波导和光电检测器二者集成到公共块、模块或芯片，优选为含硅芯片。在某些实施例中，该块或模块被布置成通过具有气体或液体的空间从自由空间发射或接收光，该空间适合于所讨论类型的模块或块之间的光通信。
图1示出了系统102，其可以作为光学信息系统的实施例。在另一广义方面，本发明的实施例提供了一种包括多个SLM装置的光学处理系统，其中SLM装置包括：一个或多个光输入；一个或多个光输出；多个波导，其被布置成接收器和/或发射器阵列，其中每个波导耦合至一个或多个光输入；以及至少一个光调制元件，用于对穿过多个波导中的至少一个波导的光进行调制。其中，所述波导和所述光调制元件集成在至少一个公共模块中，其中所述光输入或光输出中之一与由真空、气体、液体和/或固体介质部分占据的自由空间区域相接。其中，至少两个SLM装置通过由真空、气体、液体和/或固体介质部分占据的公共自由空间区域连通。在根据广义方面的从属方面，SLM装置中的至少一个SLM装置被配置成使得至少一个光调制元件与多个波导中的至少一个波导成一直线。可选地，SLM装置中的至少一个SLM装置被配置成使得至少一个光调制元件是与多个波导中的至少一个波导相邻的波导。在另一附属方面，所述SLM装置中的至少一个SLM装置包括至少一个光调制元件，该光调制元件围绕所述多个波导中的至少一个波导。在另一附属方面，用于SLM装置中的至少一个SLM装置的至少一个光调制元件选自：热光移相器、电光聚合物、和至少一个增益部件(可选地是渐逝耦合泵放大器)。在另一附属方面，用于所述SLM装置中的至少一个SLM装置的光输入经由分支元件耦合至多个波导中的每个波导。在另一附属方面，SLM装置中的至少一个SLM装置还包括另一波导阵列，用于将光输入分成多个光路。在另一附属方面，SLM装置中的至少一个SLM装置还包括微透镜阵列，用于捕获穿过多个波导中的至少一个波导后的调制光，并将捕获的调制光投射向由真空、气体、液体和/或固体介质部分占据的自由空间区域。在另一附属方面，SLM装置中的至少一个SLM装置被配置成使得其多个波导从耦合至光输入的单个波导分支出来。在另一附属方面，SLM装置中的至少一个SLM装置被配置成使得其多个波导中的至少一个波导具有平面光发射表面和/或平面光接收表面。在另一附属方面，SLM装置中的至少一个SLM装置被配置成使得其多个波导中的至少一个波导具有非平面光发射表面和/或非平面光接收表面。在另一附属方面，SLM装置中的至少一个SLM装置是自发射的。在另一附属方面，光处理系统可选地包括焦距为f的至少一个透镜，以及任意数量的附加光学元件。在另一附属方面，光处理系统可选地包括焦距为f的至少一个组件，以及任意数量的附加光学元件。在另一附属方面，两个相连装置之间的自由空间的光路长度等于2f。在另一附属方面，两个相连装置之间的自由空间的光路长度可以至少为2f。在另一附属方面，两个相连装置之间的自由空间的光路长度可以满足下述之一或更多：至少为f，小于f，等于f。在另一附属方面，三个相继相连装置之间的自由空间的总光路长度等于4f。在另一附属方面，三个相继相连装置之间的自由空间的总光路长度至少为4f。在另一附属方面，三个相继相连装置之间的自由空间的总光路长度满足下述之一或更多：至少为f，小于f，等于f。在另一附属方面，执行光电检测的装置可选地被配置成检测下述中的一者或更多：光的相位；光的振幅；光的偏振；光的强度；光的相位和振幅；光的相位和强度；光的相位和偏振；光的振幅和偏振；光的强度和偏振；可选地同时检测强度和偏振；光的相位、振幅和偏振；和/或光的相位、强度和偏振。
例如，系统102是单个处理装置系统，其包括空间光调制器装置(输入装置104)的任一变型和光电检测(输出装置106)的任一变型。输入装置可以采用例如图56和图57的发射器装置的形式。输出装置可以采用例如图59的接收器装置的形式。输入装置和输出装置之一或两者也可以与可以嵌入硅光子器件中的光调制元件结合，例如图58所示。输入装置104和输出装置106沿其公共光轴被自由空间108区域彼此分开，间隔距离为2f。在其他实施例中，设想由气体或液体占据的空间代替自由空间，以适合于所讨论的模块或块之间的光通信。在某些实施例中，术语装置可以采取集成芯片或芯片的一部分结合如任一其他实施例中描述的波导和/或调制器布置的形式。在输入装置104与输出装置106之间沿其公共光轴的距离f处布置有傅里叶变换透镜110。输入数据由输入装置104通过电线、光纤或自由空间(未示出)接收，并被用于对输入装置104内的光进行调制。调制光112从输入装置104射出，被透镜110接收成为会聚光114，然后该会聚光入射到输出装置106的接收阵列(未示出)上。使用连接到系统102输出级上的输出装置106的电线、光纤或自由空间(未示出)从系统102传输输出数据。系统102反映了传统“2f”光学傅里叶变换配置的功能。最简单系统102的变型包括用气体(例如氮气)、液体(例如折射率匹配流体)、固体(例如折射率匹配玻璃)、或真空代替自由空间108中的空气。在某些实施例中，最简单系统之一的另一变型及其所有变型包括沿输入装置104与输出装置106之间的公共光轴的零个或多个透镜、分束器、偏振器、波片、波导、光纤、微透镜阵列或其他光学部件。
系统102的一种配置是线性运算系统，其中，在输入装置104内进行光调制之前对输入数据执行线性逐元素数学运算，或者在输入装置104内通过输入数据进行调制之后且在发射之前对调制光执行线性逐元素数学运算，所述运算例如加法、乘法等。系统102的第二配置是非线性运算系统，其中，在输入装置104内进行光调制之前对输入数据执行非线性逐元素数学运算，或者在输入装置104内通过输入数据进行调制之后且在从装置104发射之前对调制光执行非线性逐元素数学运算，所述运算例如二次运算、三次运算等。图2所示系统102的第四配置是系统102b，为“无操作”或缓冲系统，其中输入装置104内的光由输入数据直接调制而无需额外调制，并作为调制光112发射，穿过傅里叶变换透镜110，随后穿过傅里叶变换透镜210，并且作为准直光212被输出装置106接收，在输出装置106处在无需进一步调制的情况下被转换为电信号。系统102b在某些实施例中可以类似于系统102，除了输入装置104与输出装置106之间增加的4f光路长度，以及沿输入装置104和输出装置106的公共光轴增加了第二傅立叶变换透镜210。系统102的第五配置的特征在于输入装置104和/或输出装置106的配置或功能的任何组合或变型。系统102的所有变型适用于系统102的所有配置。为避免任何疑问，发射器装置可以采用图56至图58中任一描述的集成波导单元的形式，而接收器装置可以采用图59的集成波导单元的形式。接收器装置也可以采用对图56至图58的集成波导单元进行适当配置的形式。
比系统102更强大的光信息系统是多处理设备系统，包括下述中一者或更多：以任何相对配置彼此布置的空间光调制器装置的任何变型，以及光电检测装置(输出装置)的任何变型。在某些实施例中，SLM装置和输出装置可以通过自由空间彼此分开。SLM与输出装置之间可以存在傅立叶变换透镜。系统的输入级通过电线、光纤或自由空间接收输入数据，并将输入数据用于对系统的输入装置内的光进行调制。使用连接到系统输出级上的输出装置的电线、光纤或自由空间中的一者或更多将输出数据传输出系统。该系统的一种变型包括用气体(例如氮气)、液体(例如折射率匹配流体)、固体(例如折射率匹配玻璃)、或真空来代替一个或多个装置间自由空间气隙，这种用另一种介质代替一个自由空间区域中的空气不需要在任何其他自由空间区域中实现，也不与在任何其他自由空间区域中进行的替代相同。该系统的另一变型及其所有变型包括零个或多个透镜、分束器、偏振器、波片、波导、光纤、微透镜阵列或其他光学部件。
图3示出了系统302，其是多处理装置系统的相对简单形式。系统302是双处理设备系统，包括输入装置104和滤波装置304(输入装置104和滤波装置304都是空间光调制器装置的任何变型，其可以是图56至图58中所示的那样)以及输出装置106(其可以是光电检测装置的任何变型，如图59中所示的那样)。输入装置104和滤波装置304沿其共同光轴通过自由空间108区域彼此间隔开，间隔距离为2f。类似地，滤波装置304和输出装置106沿其共同光轴通过自由空间308区域彼此间隔开，间隔距离为2f。在输入装置104与滤波装置304之间沿其公共光轴的距离f处布置有傅里叶变换透镜110。同样，在滤波装置304与输出装置106之间沿其公共光轴的距离f处布置有傅立叶变换透镜210。因为由滤波装置304接收的会聚光114在作为调制发散光214发射到自由空间308之前在内部行进，所以自由空间108内输入装置104和滤波装置304共享的光轴和自由空间308内滤波装置304和输出装置106共享的光轴不必是相同的光轴(即，光轴可以不同)。系统302的输入装置104通过电线、光缆或自由空间(未示出)接收输入数据，并将输入数据用于对系统302的输入装置104内的光进行调制。调制光112从输入装置104发射，被透镜110接收，并变成会聚光114，然后入射到滤波装置304的接收阵列(未示出)上。系统302的滤波装置304通过电线、光缆或自由空间(未示出)接收滤波数据，并将滤波数据用于对系统302的滤波装置304内的光进行调制。调制的发散光214从滤波装置304发射，被透镜210接收，并变成准直光212，然后入射到输出装置106的接收阵列(未示出)上。使用连接到系统302输出级上的输出装置106的电线、光纤或自由空间(未示出)从系统302传输输出数据。系统302反映了传统4f光学傅里叶变换配置的功能。对于该实施例和任何其他实施例，实施例的其他变型包括用气体(例如氮气)、液体(例如折射率匹配的流体)、固体(例如折射率匹配的玻璃)、或真空代替自由空间108和/或任何其他自由空间(例如自由空间308)中的空气，这种用另一种介质代替一个自由空间区域中的空气不需要在任何其他自由空间区域中实现，也不与在任何其他自由空间区域中进行的替代相同。该系统的另一变型及其所有变型包括沿输入装置104与任何其他装置(例如滤波装置304)间的公共光轴、和/或沿任何装置(例如滤波装置304)与输出装置106间的公共光轴的零个或多个透镜、分束器、偏振器、波片、波导、光纤、微透镜阵列或其他光学部件。
系统302的一种配置是线性运算系统，其中，在输入装置104内进行光调制之前对输入数据执行线性逐元素数学运算，或者在输入装置104内通过输入数据进行调制之后且在发射之前对调制光执行线性逐元素数学运算；和/或在滤波装置304内进行光调制之前对滤波数据执行线性逐元素数学运算，或者在滤波装置304内通过滤波数据进行调制之后且在发射之前对调制光执行逐元素数学运算，所述运算例如加法、乘法等。系统302的第二配置是非线性运算系统，其中，在输入装置104内进行光调制之前对输入数据执行非线性逐元素数学运算，或者在输入装置104内通过输入数据进行调制之后且在从装置104发射之前对调制光执行非线性逐元素数学运算；和/或在滤波装置304内进行光调制之前对滤波数据执行非线性逐元素数学运算，或者在滤波装置304内通过滤波数据进行调制之后且在发射之前对调制光执行非线性逐元素数学运算，所述运算例如二次运算、三次运算等。系统302的第三配置是“无操作”或缓冲系统，其中输入装置104内的光由输入数据直接调制且在发射之前不存在任何额外调制，并且在光通过滤波装置304时，滤波装置304不对其进行调制，并将该光发射为发散光214。该配置类似于系统102b，除了在输入装置104与滤波装置106之间的距离2f处插入滤波装置304(其不执行调制并且仅在接收表面和发射表面之间中继数据)。系统302的第四配置的特征在于输入装置104、滤波装置304和/或输出装置106的配置或功能的任何组合或变型。系统302的所有变型适用于系统302的所有配置。
在某些实施例中，发射器装置、滤波装置和接收装置可以包括集成到公共块、模块或芯片中的波导和/或调制器。在某些实施例中，块或模块被布置成在任一块接口上发射/接收光，该接口可以与自由空间邻接，或邻近适合于所讨论的模块或块之间的光通信的含气体或液体的空间。
图4示出了作为多处理装置系统的更高级形式的系统402。系统402是双输入双处理装置系统，其通过添加附加的输入装置404(输入装置404是空间光调制器装置任何变型)来扩展系统302的功能。输入装置104和输入装置404均被布置成使得其每个发射表面经由单独的傅里叶变换透镜向滤波装置304提供输入。两个输入装置均可以采用如图56至图58所述的集成波导单元的形式，而输出装置同样可以采用如图59所述的集成波导单元的形式。系统402允许以光学方式对两组不同的输入数据同时进行傅里叶变换计算，其调制信号都在滤波装置304内被组合，如所描述的那样。输入装置104和滤波装置304沿其共同光轴通过自由空间108区域彼此间隔开，间隔距离为2f。同样，输入装置404和滤波装置304沿其共同光轴通过自由空间408区域彼此间隔开，间隔距离为2f。类似地，滤波装置304和输出装置106沿其共同光轴通过自由空间308区域彼此隔开，间隔距离为2f。在输入装置104与滤波装置304之间沿其共同光轴的距离f处布置有傅里叶变换透镜110。同样，在输入装置404与滤波装置304之间沿其公共光轴的距离f处布置有傅立叶变换透镜410。同样，在滤波装置304与输出装置106之间沿其公共光轴的距离f处布置有傅立叶变换透镜210。因为由滤波装置304接收的会聚光114和会聚光414在作为调制发散光214发射到自由空间308之前在内部行进，所以自由空间108内输入装置104和滤波装置304共享的光轴、自由空间408内输入装置404和滤波装置304共享的光轴，以及自由空间308内滤波装置304和输出装置106共享的光轴不必是相同的光轴(即，光轴可以不同)。系统402的输入装置104通过电线、光缆或自由空间(未示出)接收输入数据，并将输入数据用于对系统402的输入装置104内的光进行调制。调制光112从输入装置104发射，被透镜110接收，并变成会聚光114，然后入射到滤波装置304的接收阵列(未示出)上。同样，系统402的输入装置404通过电线、光缆或自由空间(未示出)接收附加的输入数据，其可以或可以不与输入装置104接收的输入数据相同，并将该输入数据用于对系统402的输入装置404内的光进行调制。调制光412从输入装置404发射，被透镜410接收，变成会聚光414，然后入射到滤波装置304的接收阵列(未示出)上。由滤波装置304接收的会聚光114和会聚光414在滤波装置304内被混合(即，滤波装置304在滤波装置304内使用从会聚光414接收的光来调制从会聚光114接收的光)。调制发散光214从滤波装置304发射，被透镜210接收，并变成准直光212，然后入射到输出装置106的接收阵列(未示出)上。使用连接到系统402输出级上的输出装置106的电线、光纤或自由空间(未示出)从系统402传输输出数据。系统402反映了传统4f光学傅里叶变换配置的功能。最简单的系统402的变型包括用气体(例如氮气)、液体(例如折射率匹配流体)、固体(例如折射率匹配玻璃)、或真空代替自由空间108和/或自由空间308和/或自由空间408中的空气，这种用另一种介质代替一个自由空间区域中的空气不需要在任何其他自由空间区域中实现，也不与在任何其他自由空间区域中进行的替代相同。系统402的另一变型及其所有变型包括沿输入装置104与滤波装置304间的公共光轴、和/或沿输入装置404与滤波装置304间的公共光轴、和/或沿滤波装置304与输出装置106间的公共光轴的零个或多个透镜、分束器、偏振器、波片、波导、光纤、微透镜阵列或其他光学部件。
系统402的一种配置是线性运算系统，其中，在输入装置104内进行光调制之前对输入数据执行线性逐元素数学运算，或者在输入装置104内通过输入数据进行调制之后且在发射之前对调制光执行线性逐元素数学运算；和/或在输入装置404内进行光调制之前对输入数据执行线性逐元素数学运算，或者在输入装置404内通过输入数据进行调制之后且在发射之前对调制光执行线性逐元素数学运算；和/或在滤波装置304内进行光调制之前对接收光执行线性逐元素数学运算，或者在滤波装置304内通过滤波数据进行调制之后且在发射之前对调制光执行逐元素数学运算，所述运算例如加法、乘法等。系统402的第二配置是非线性运算系统，其中，在输入装置104内进行光调制之前对输入数据执行非线性逐元素数学运算，或者在输入装置104内通过输入数据进行调制之后且在从装置104发射之前对调制光执行非线性逐元素数学运算；和/或在输入装置404内进行光调制之前对输入数据执行非线性逐元素数学运算，或者在输入装置404内通过输入数据进行调制之后且在发射之前对调制光执行非线性逐元素数学运算；和/或在滤波装置304内进行光调制之前对接收光执行非线性逐元素数学运算，或者在滤波装置304内通过滤波数据进行调制之后且在发射之前对调制光执行非线性逐元素数学运算，所述运算例如二次运算、三次运算等。系统402的第三配置是“无操作”或缓冲系统，其中输入装置104内的光由输入数据直接调制，且在发射之前不存在任何额外调制，输入装置404不发射光或发射均匀调制的光，并且在光通过滤波装置304时，滤波装置304不对其进行调制，并将该光发射为发散光214。最简单系统402的第四配置的特征在于输入装置104、输入装置404、滤波装置304、和/或输出装置106的配置或功能的任何组合或变型。系统402的所有变型适用于系统402的所有配置。多处理装置系统的配置可以包括单处理装置系统或多处理装置系统的任何配置的任何数量的组合或变型。
在光信息处理系统的实施例中，通过直接耦合到系统的输入级的波导中的一个或多个光纤线缆接收输入数据，并从系统的输出级输出到一个或多个光纤线缆上，允许系统以高达并包括光纤传输速度的速度运行。输入级和输出级包括以任何相对配置彼此布置的空间光调制器装置的任何变型中的一个或多个。同样，在输入级与输出级之间存在任意数量的空间光调制器装置的任意变型，其以任何相对配置彼此布置。在该系统的一个变型中，可以存在装置以将数据解码和/或编码为适合于通过光纤线缆传输的格式，该装置例如分别在系统的输出侧和/或输入侧的复用器和/或解复用器。
在某些实施例中，滤波装置可以包括集成到公共块、模块或芯片中的波导和/或调制器。在某些实施例中，该块或模块被布置成在其中任一个块接口上发射/接收光，块接口可以与自由空间邻接，或邻近具有适合于所讨论的模块或块之间的光通信的气体或液体的空间。在另一实施例中，滤波装置结合有多个输入接口和一个或多个输出接口。
图5示出了系统402的配置502，其中两个输入装置具有单独的外部激光器，提供数据载波光和/或泵浦能量以用于光感应信号放大。外部激光器504产生相干光并通过光导506将其传送到输入装置104，其中光导506可以是波导、光纤、等离子体波导或任何其他光传播介质。用于由输入装置104在内部使用以对光导506上提供的光进行调制的输入数据(未示出)经由输入数据线508提供，其中输入数据线508可以是电线、光纤、波导和/或任何其他数据承载介质。同样，用于控制和/或修改输入装置104的操作行为和/或从输入装置104读取状态信息、统计信息和/或其他信息的控制数据(未示出)通过输入控制线510传送至输入装置104和/或从输入装置104传送，其中输入控制线510可以是电线、光纤、波导和/或任何其他数据承载介质。同样，外部激光器514产生相干光并通过光导516将其传送到输入装置404，其中光导516可以是波导、光纤、等离子体波导或任何其他光传播介质。输入装置104和输入装置404可以采用图56至58的装置的形式，而输出装置可以采用图59的输出装置的形式。装置104、装置404和装置106可以集成到公共硅光子系统或芯片上。用于由输入装置404在内部使用以对光导516上提供的光进行调制的输入数据(未示出)经由输入数据线518提供，其中输入数据线518可以是电线、光纤、波导和/或任何其他数据承载介质。同样，用于控制和/或修改输入装置404的操作行为和/或从输入装置404读取状态信息、统计信息和/或其他信息的控制数据(未示出)通过输入控制线520传送到输入装置404和/或从输入装置404传送，其中输入控制线520可以是电线、光纤、波导和/或任何其他数据承载介质。参考光导526可以可选地连接到输出装置106，以提供参考信号供输出装置106在确定准直光212(图4)相对于原始激光特性如何改变为通过系统402传播的调制光时使用，其中光导526可以是波导、光纤、等离子体波导或任何其他光传播介质。通过输出数据线528从配置502中的输出装置106传送输出数据(未示出)，其中输出数据线528可以是电线、光纤、波导和/或任何其他数据承载介质。同样，用于控制和/或修改输出装置106的操作行为和/或从输出装置106读取状态信息、统计信息和/或其他信息的控制数据(未示出)通过输出控制线530传送到输出装置106和/或从输出装置106传送，其中输出控制线530可以是电线、光纤、波导和/或任何其他数据承载介质。滤波数据(未示出)通过滤波数据线538传送到配置502中的滤波装置304(图4)，其中滤波数据线538可以是电线、光纤、波导和/或任何其他数据载体。同样，用于控制和/或修改滤波装置304(图4)的操作行为和/或从滤波装置304(图4)读取状态信息、统计信息和/或其他信息的控制数据(未示出)通过滤波控制线540传送到滤波装置304(图4)和/或从滤波装置304(图4)传送，其中滤波控制线540可以是电线、光纤、波导和/或任何其他数据承载介质。滤波装置304(图4)可以具有内部装置上激光器(未示出)和/或外部激光器(未示出)，为滤波装置304(图4)提供数据载波光和/或泵浦能量以用于光感应信号放大。
在配置502的一种变型中，激光器504不提供数据载波信号，而是提供泵浦能量以将通过光纤和/或波导输入数据线508接收的信号放大，该光纤和/或波导输入数据线508可以或可以不直接耦合至输入装置104的接收元件或接收阵列(未示出)，其中，可以少至一个光纤或波导耦合至输入装置104，或者可以多至输入装置104的接收阵列(未示出)上的每个接收元件有一个光纤或波导，其中输入装置104的接收阵列中可以有任意数量的接收元件。在配置502的第二变型中，激光器514不提供数据载波信号，而是提供泵浦能量以将通过光纤和/或波导输入数据线518接收的信号放大，该光纤和/或波导输入数据线518可以或可以不直接耦合至输入装置404的接收元件或接收阵列(未示出)，其中可以少至一个光纤或波导耦合至输入装置404，或者可以多至输入装置404的接收阵列(未示出)上的每个接收元件有一个光纤或波导，其中在输入装置404的接收阵列中可以有任意数量的接收元件。配置502的第三变型将配置502的第一变型和第二变型组合。配置502的任何变型可以组合成配置502的新变型。在某些实施例中，装置可以包括集成到公共块、模块或芯片中的波导和/或调制器。在某些实施例中，块或模块被布置成在任一个块接口上发射/接收光，该块接口可以与自由空间邻接，或邻近具有适合于所讨论的模块或块之间的光通信的气体或液体的空间。在某些实施例中，激光器与所述块、模块或芯片是一体的，而在优选实施例中，激光器可以设置在所述块的外部。在某些实施例中，激光器通过部分位于所述块外部的波导输入。
图6示出了系统402的配置602，其中相同的外部激光器为两个输入装置提供数据载波光和/或泵浦能量以用于光感应信号放大。配置602的描述与配置502相同，除了：光导516现在从光导506直接分支并且传送来自激光器504的光。光导506、光导516和/或可选的参考光导526之间的光可以以任何比例被分开。配置502的装置和变型的所有其他描述适用于配置602。
在配置602的一种变型中，激光器504不提供数据载波信号，而是提供泵浦能量以将通过光纤和/或波导输入数据线508接收的信号放大，该光纤和/或波导输入数据线508可以或可以不直接耦合至输入装置104的接收元件或接收阵列(未示出)，其中，可以少至一个光纤或波导耦合至输入装置104，或者可以多至输入装置104的接收阵列(未示出)上的每个接收元件有一个光纤或波导，其中输入装置104的接收阵列中可以有任意数量的接收元件。在配置602的第二变型中，激光器504不提供数据载波信号，而是提供泵浦能量以将通过光纤和/或波导输入数据线518接收的信号放大，该光纤和/或波导输入数据线518可以或可以不直接耦合至输入装置404的接收元件或接收阵列(未示出)，其中可以少至一个光纤或波导耦合至输入装置404，或者可以多至输入装置404的接收阵列(未示出)上的每个接收元件有一个光纤或波导，其中在输入装置404的接收阵列中可以有任意数量的接收元件。配置602的第三变型将配置602的第一变型和第二变型组合。配置602的任何变型可以组合成配置602的新变型。在某些实施例中，一个或多个装置可以包括集成到公共块、模块或芯片或者多个块、模块或芯片的波导和/或调制器。在某些实施例中，块或模块被布置成在任一个块接口上发射/接收光，该块接口可以与自由空间邻接，或邻近具有适合于所讨论的模块或块之间的光通信的气体或液体的空间。
图7示出了系统402的配置702，其中内部的装置上激光器704为两个输入装置提供数据载波光和/或泵浦能量以用于光感应信号放大。配置702的描述与配置602相同，除了：配置702中从装置上激光器704产生激光，其中装置上激光器704可以是安装、接合、附接、嵌入或制造在输入装置104之内或之上并且通过波导网络706向输入装置104提供光的二极管激光器、VCSEL或任何其他芯片级激光装置。集成输入装置104可以根据图55至图58的每个实施例进行配置，而输出装置106可以根据图59的实施例进行配置。来自装置上激光器704的激光通过波导网络706到波导耦合器708最后到光导516和可选的参考光导526这一分支传送到光导516和可选的参考光导526，其中波导耦合器708可以是能够将波导耦合至光导516和/或可选的参考光导526的任何装置或部件，例如波导到光纤耦合器或波导到波导耦合器。波导网络706、光导516和/或可选的参考光导526中的分支之间的光可以以任何比率拆分。配置602的装置和变型的所有其他描述适用于配置702。在配置702的一种变型中，激光器704不提供数据载波信号，而是提供泵浦能量以将通过光纤和/或波导输入数据线508接收的信号放大，光纤和/或波导输入数据线508可以或可以不直接耦合至输入装置104的接收元件或接收阵列(未示出)，其中可以少至一个光纤或波导耦合至输入装置104，或者可以多至输入装置104的接收阵列(未示出)上的每个接收元件有一个光纤或波导，其中输入装置104的接收阵列中可以有任意数量的接收元件。在配置702的第二变型中，激光器704不提供数据载波信号，而是提供泵浦能量以将通过光纤和/或波导输入数据线518接收的信号放大，该光纤和/或波导输入数据线518可以或可以不直接耦合至输入装置404的接收元件或接收阵列(未示出)，其中可以少至一个光纤或波导耦合至输入装置404，或者可以多至输入装置404的接收阵列(未示出)上的每个接收元件有一个光纤或波导，其中在输入装置404的接收阵列中可以有任意数量的接收元件。配置702的第三变型将配置702的第一变型和第二变型组合。配置702的任何变型可以组合成配置702的新变型。在某些优选实施例中，一个或多个装置可以包括集成到公共块、模块或芯片或者多个块、模块或芯片的波导和/或调制器，以提供硅光子集成波导和调制器解决方案。在某些实施例中，块或模块被布置成在任一个块接口上发射/接收光，该块接口可以与自由空间邻接，或邻近具有适合于所讨论的模块或块之间的光通信的气体或液体的空间。
图8示出了系统302的配置802，其中外部激光器提供数据载波光和/或泵浦能量以用于光感应信号放大。配置802与配置502相似，除了核心光信息处理系统是配置802中的系统302，因此不存在第二输入装置。对于配置802，外部激光器504产生相干光并通过光导506将其传送到输入装置104，其中光导506可以是波导、光纤、等离子体波导或任何其他光传播介质。用于由输入装置104在内部使用以对光导506上提供的光进行调制的输入数据(未示出)经由输入数据线508提供，其中输入数据线508可以是电线、光纤、波导和/或任何其他数据承载介质。同样，用于控制和/或修改输入装置104的操作行为和/或从输入装置104读取状态信息、统计信息和/或其他信息的控制数据(未示出)通过输入控制线510传送至输入装置104和/或从输入装置104传送，其中输入控制线510可以是电线、光纤、波导和/或任何其他数据承载介质。输入装置104和输出装置106可以被配置为如参考图56至59所描述的集成波导的阵列。参考光导526可以可选地连接到输出装置106，以提供参考信号供输出装置106在确定准直光212(图3)相对于原始激光特性如何改变为通过系统302传播的调制光时使用，其中光导526可以是波导、光纤、等离子体波导或任何其他光传播介质。通过输出数据线528从配置802中的输出装置106传送输出数据(未示出)，其中输出数据线528可以是电线、光纤、波导和/或任何其他数据承载介质。同样，用于控制和/或修改输出装置106的操作行为和/或从输出装置106读取状态信息、统计信息和/或其他信息的控制数据(未示出)通过输出控制线530传送到输出装置106和/或从输出装置106传送，其中输出控制线530可以是电线、光纤、波导和/或任何其他数据承载介质。
滤波数据(未示出)通过滤波数据线538传送到配置802中的滤波装置304(图3)，其中滤波数据线538可以是电线、光纤、波导和/或任何其他数据载体。同样，用于控制和/或修改滤波装置304(图3)的操作行为和/或从滤波装置304(图3)读取状态信息、统计信息和/或其他信息的控制数据(未示出)通过滤波控制线540传送到滤波装置304(图3)和/或从滤波装置304(图3)传送，其中滤波控制线540可以是电线、光纤、波导和/或任何其他数据承载介质。滤波装置304(图3)可以具有内部装置上激光器(未示出)和/或外部激光器(未示出)，为滤波装置304(图3)提供数据载波光和/或泵浦能量以用于光感应信号放大.
在配置802的一种变型中，激光器504不提供数据载波信号，而是提供泵浦能量以将通过光纤和/或波导输入数据线508接收的信号放大，该光纤和/或波导输入数据线508可以或可以不直接耦合至输入装置104的接收元件或接收阵列(未示出)，其中，可以少至一个光纤或波导耦合至输入装置104，或者可以多至输入装置104的接收阵列(未示出)上的每个接收元件有一个光纤或波导，其中输入装置104的接收阵列中可以有任意数量的接收元件。配置802的任何变型可以组合成配置802的新变型。在某些实施例中，一个或多个装置可以包括集成到公共块、模块或芯片或者多个块、模块或芯片(优选为硅光子芯片)中的波导和/或调制器。在某些实施例中，块或模块被布置成在任一个块接口上发射/接收光，该块接口可以与自由空间邻接，或邻近具有适合于所讨论的模块或块之间的光通信的气体或液体的空间。
图9示出了系统302的配置902，其中内部的装置上激光器704为两个输入装置提供数据载波光和/或泵浦能量以用于光感应信号放大。配置902的描述与配置802相同，除了配置902中从装置上激光器704产生激光，其中装置上激光器704可以是安装、接合、附接、嵌入或制造在输入装置104之内或之上并且通过波导网络706向输入装置104提供光的二极管激光器、VCSEL或任何其他芯片级激光装置。为避免任何疑问，在优选实施例中，输入装置和输出装置可以根据图55至图59的每个实施例进行配置。来自装置上激光器704的激光通过波导网络706到可选的波导耦合器708最后到可选的参考光导526这一分支传送到可选的参考光导526，其中可选的波导耦合器708可以是能够将波导耦合至可选的参考光导526的任何装置或部件，例如波导到光纤耦合器或波导到波导耦合器。波导网络706和/或可选的参考光导526中的分支之间的光可以以任何比率拆分。配置802的装置和变型的所有其他描述适用于配置902。
在配置902的一种变型中，激光器704不提供数据载波信号，而是提供泵浦能量以将通过光纤和/或波导输入数据线508接收的信号放大，光纤和/或波导输入数据线508可以或可以不直接耦合至输入装置104的接收元件或接收阵列(未示出)，其中可以少至一个光纤或波导耦合至输入装置104，或者可以多至输入装置104的接收阵列(未示出)上的每个接收元件有一个光纤或波导，其中输入装置104的接收阵列中可以有任意数量的接收元件。在配置902的另一变型中，输入装置104不具有可选的波导耦合器708。配置902的任何变型可以组合成配置902的新变型。在某些实施例中，一个或多个装置可以包括集成到共同块、模块或芯片或者多个块、模块或芯片中的波导和/或调制器。在某些实施例中，块或模块被布置成在任一个块接口上发射/接收光，该接口可以与自由空间邻接，或邻近具有适合于所讨论的模块或块之间的光通信的气体或液体的空间。
图10示出了系统102的配置1002，其中外部激光器提供数据载波光和/或泵浦能量以用于光感应信号放大。配置1002与配置802类似，除了核心光信息处理系统是配置1002中的系统102，因此不存在滤波装置。对于配置1002，外部激光器504产生相干光并通过光导506将其传送到输入装置104，其中光导506可以是波导、光纤、等离子体波导或任何其他光传播介质。用于由输入装置104在内部使用以对光导506上提供的光进行调制的输入数据(未示出)经由输入数据线508提供，其中输入数据线508可以是电线、光纤、波导和/或任何其他数据承载介质。同样，用于控制和/或修改输入装置104的操作行为和/或从输入装置104读取状态信息、统计信息和/或其他信息的控制数据(未示出)通过输入控制线510传送至输入装置104和/或从输入装置104传送，其中输入控制线510可以是电线、光纤、波导和/或任何其他数据承载介质。参考光导526可以可选地连接到输出装置106，以提供参考信号供输出装置106在确定会聚光114(图1)相对于原始激光特性如何改变为通过系统302传播的调制光时使用，其中光导526可以是波导、光纤、等离子体波导或任何其他光传播介质。通过输出数据线528从配置1002中的输出装置106传送输出数据(未示出)，其中输出数据线528可以是电线、光纤、波导和/或任何其他数据承载介质。同样，用于控制和/或修改输出装置106的操作行为和/或从输出装置106读取状态信息、统计信息和/或其他信息的控制数据(未示出)通过输出控制线530传送到输出装置106和/或从输出装置106传送，其中输出控制线530可以是电线、光纤、波导和/或任何其他数据承载介质。
在配置1002的一种变型中，激光器504不提供数据载波信号，而是提供泵浦能量以将通过光纤和/或波导输入数据线508接收的信号放大，该光纤和/或波导输入数据线508可以或可以不直接耦合至输入装置104的接收元件或接收阵列(未示出)，其中，可以少至一个光纤或波导耦合至输入装置104，或者可以多至输入装置104的接收阵列(未示出)上的每个接收元件有一个光纤或波导，其中输入装置104的接收阵列中可以有任意数量的接收元件。配置1002的任何变型可以组合成配置1002的新变型。输入装置104和输出装置106可以被配置为如参考图56至59所描述单元。在某些实施例中，一个或多个装置可以包括集成到公共块、模块或芯片或者多个块、模块或芯片中的波导和/或调制器。在某些实施例中，块或模块被布置成在任一个块接口上发射/接收光，该块接口可以与自由空间邻接，或邻近具有适合于所讨论的模块或块之间的光通信的气体或液体的空间。
图11示出了系统102的配置1102，其中内部的装置上激光器704为两个输入装置提供数据载波光和/或泵浦能量以用于光感应信号放大。配置1102的描述与配置1002相同，除了配置1102中从装置上激光器704产生激光，其中装置上激光器704可以是安装、接合、附接、嵌入或制造在输入装置104之内或之上并且通过波导网络706向输入装置104提供光的二极管激光器、VCSEL或任何其他芯片级激光装置。来自装置上激光器704的激光通过波导网络706到可选的波导耦合器708最后到可选的参考光导526这一分支传送到可选的参考光导526，其中可选的波导耦合器708可以是能够将波导耦合至可选的参考光导526的任何装置或部件，例如波导到光纤耦合器或波导到波导耦合器。波导网络706和/或可选的参考光导526中的分支之间的光可以以任何比率拆分。配置1002的装置和变型的所有其他描述适用于配置1102。
在配置1102的一种变型中，激光器704不提供数据载波信号，而是提供泵浦能量以将通过光纤和/或波导输入数据线508接收的信号放大，光纤和/或波导输入数据线508可以或可以不直接耦合至输入装置104的接收元件或接收阵列(未示出)，其中可以少至一个光纤或波导耦合至输入装置104，或者可以多至输入装置104的接收阵列(未示出)上的每个接收元件有一个光纤或波导，其中输入装置104的接收阵列中可以有任意数量的接收元件。在配置1102的另一变型中，输入装置104不具有可选的波导耦合器708。配置1102的任何变型可以组合成配置1102的新变型。在某些实施例中，一个或多个装置可以包括集成到共同块、模块或芯片或者多个块、模块或芯片中的波导和/或调制器。装置中的一个或多个可以采用参照图56至图59描述的形式。在某些实施例中，块或模块被布置成在任一个块接口上发射/接收光，该接口可以与自由空间邻接，或邻近具有适合于所讨论的模块或块之间的光通信的气体或液体的空间。
图12示出了系统402的配置1202，其中两个输入装置具有其自身的内部装置上激光器，以提供数据载波光和/或泵浦能量用于光感应信号放大。配置1202的描述与配置502相同，除了配置1202中从输入装置104的装置上激光器704和输入装置404的装置上激光器1214产生激光。装置上激光器704可以是安装、接合、附接、嵌入或制造在输入装置104之内或之上并且通过波导网络706向输入装置104提供光的二极管激光器、VCSEL或任何其他芯片级激光装置。同样，装置上激光器1214可以是安装、接合、附接、嵌入或制造在输入装置404之内或之上并且通过波导网络1216向输入装置404提供光的二极管激光器、VCSEL或任何其他芯片级激光装置。来自装置上激光器704的激光通过波导网络706到可选的波导耦合器708最后到可选的参考光导526这一分支传送到可选的参考光导526，其中可选的波导耦合器708可以是能够将波导耦合至可选的参考光导526的任何装置或部件，例如波导到光纤耦合器或波导到波导耦合器。波导网络706和/或可选的参考光导526中的分支之间的光可以以任何比率拆分。配置502的装置和变型的所有其他描述适用于配置1202。在配置1202的一种变型中，激光器704不提供数据载波信号，而是提供泵浦能量以将通过光纤和/或波导输入数据线508接收的信号放大，光纤和/或波导输入数据线508可以或可以不直接耦合至输入装置104的接收元件或接收阵列(未示出)，其中可以少至一个光纤或波导耦合至输入装置104，或者可以多至输入装置104的接收阵列(未示出)上的每个接收元件有一个光纤或波导，其中输入装置104的接收阵列中可以有任意数量的接收元件。在配置1202的第二变型中，激光器1214不提供数据载波信号，而是提供泵浦能量以将通过光纤和/或波导输入数据线518接收的信号放大，光纤和/或波导输入数据线518可以或可以不直接耦合至输入装置404的接收元件或接收阵列(未示出)，其中可以少至一个光纤或波导耦合至输入装置404，或者可以多至输入装置404的接收阵列(未示出)上的每个接收元件有一个光纤或波导，其中在输入装置404的接收阵列中可以有任意数量的接收元件。在配置1202的第三变型中，输入装置104不具有可选的波导耦合器708。配置1202的任何变型可以组合成配置1202的新变型。装置中的任一个可以优选地是参照图56至图59描述的那样。
图13示出了系统402的配置1302，其中系统通过输入数据线508、输入数据线518和/或滤波数据线538接收激光。配置1302的描述与配置1202相同，除了：在输入装置104、输入装置404和滤波装置304(图4)上均不存在内部激光器。输入数据线508可以或可以不直接耦合至输入装置104的接收元件或接收阵列(未示出)，其中可以少至一个光纤或波导耦合至输入装置104，或者可以多至输入装置104的接收阵列(未示出)上的每个接收元件有一个光纤或波导，其中输入装置104的接收阵列中可以有任意数量的接收元件。同样，输入数据线518可以或可以不直接耦合至输入装置404的接收元件或接收阵列(未示出)，其中可以少至一个光纤或波导耦合至输入装置404，或者可以多至输入装置404的接收阵列(未示出)上的每个接收元件有一个光纤或波导，其中在输入装置404的接收阵列中可以有任意数量的接收元件。滤波数据线538可以或可以不直接耦合至滤波装置304(图4)的接收元件或接收阵列(未示出)，其中可以少至一个光纤或波导耦合至滤波装置304(图4)的接收阵列上的每个接收元件，或者可以多至滤波装置304(图4)的接收阵列(未示出)上的每个接收元件有一个光纤或波导，其中在滤波装置304(图4)的接收阵列中可以有任意数量的接收元件。滤波数据线538不需要承载光，并且可以是电线或任何其他数据承载介质。配置1202的装置和变型的所有其他描述适用于配置1302。装置中的任一个可以优选地是参照图56至59描述的那样。
图14示出了系统302的配置1402，其中系统通过输入数据线508和/或滤波数据线538接收激光。配置1402的描述与配置902相同，除了不存在输入装置104和滤波装置304(图3)上的内部激光器。输入数据线508可以或可以不直接耦合至输入装置104的接收元件或接收阵列(未示出)，其中，可以少至一个光纤或波导耦合至输入装置104，或者可以多至输入装置104的接收阵列(未示出)上的每个接收元件有一个光纤或波导，其中输入装置104的接收阵列中可以有任意数量的接收元件。滤波数据线538可以或可以不直接耦合至滤波装置304(图3)的接收元件或接收阵列(未示出)，其中可以少至一个光纤或波导耦合至滤波装置304(图3)的接收阵列上的每个接收元件，或者可以多至滤波装置304(图3)的接收阵列(未示出)上的每个接收元件有一个光纤或波导，其中在滤波装置304(图3)的接收阵列中可以有任意数量的接收元件。滤波数据线538不需要承载光，并且可以是电线或任何其他数据承载介质。配置902的装置和变型的所有其他描述适用于配置1402。装置中的任一个可以优选地是参照图56至59描述的那样。
图15示出了系统102的配置1502，其中系统通过输入数据线508接收激光。配置1502的描述与配置1102相同，除了输入装置104上不存在内部激光器。输入数据线508可以或可以不直接耦合至输入装置104的接收元件或接收阵列(未示出)，其中，可以少至一个光纤或波导耦合至输入装置104，或者可以多至输入装置104的接收阵列(未示出)上的每个接收元件有一个光纤或波导，其中输入装置104的接收阵列中可以有任意数量的接收元件。配置1102的装置和变型的所有其他描述适用于配置1502。这些装置中任一个优选为参照图56至59描述的那样。
通过对任何系统或装置的任何配置的任何变型进行组合，可以形成配置和/或系统的附加变型。此外，任何变型、配置、系统或装置可以以任意数量连接在一起以形成更复杂的变型、配置或系统。所描述的系统和系统配置可以使用电分立部件和装置以及分立光学器件来构建，例如以传统方式构建在光学工作台上。然而，系统和系统配置可以使用实现一些或全部电气部件和/或光学部件之间的互连的方法来构件，这些部件使用具有与支持安装的电气元件和装置的电互连的印刷电路板的功能相似功能的电、光或电光载波装置来实现互连，并且可以是支持光学互连的印刷电路板，和/或载波芯片，以下称为载波芯片。这样的互连部件可以彼此位于同一载波芯片上，其自由空间光接收表面和发射表面平行于其电光连接表面，或者垂直于其电光连接表面，或者处于某个其他方向。在所有情况下，光学部件将通过使用反射镜、分束器和/或其他光学部件来补偿各种部件和装置方向。使用这种载波芯片方法构建的系统配置的一些示例在图16a至图19b、图21a至图23b、图26a至图29b、图31a至图33b、图36a至图39b和图41a至图43b中给出。此外，系统和系统配置可以使用相同的制造工艺构建，例如在同一晶片上通过电子束或光学光刻进行微细加工，从而创建具有一个或多个部件的单个芯片，然后使用光学部件如透镜、反射镜和分束器等实现光连接。部件和装置制造为单个芯片的系统配置的一些示例在图20a至图20b、图30a至图30b和图40a至图40b中给出。此外，借助先进的芯片堆叠或三维(3D)微细加工技术，系统和系统配置可以整体(包括光学器件)制造成单个固态3D芯片或装置。图24a至图25b、图34a至35b和图44a至图45b中给出了整个系统配置被制造为单个3D芯片的系统配置的一些示例。系统和系统配置可能的实现方式不限于本文所述的各种结构。
图16a和图16b示出了配置502(图5)的结构1602，其中所有装置及其接收表面和发射表面被定向成平行于载波芯片1604的顶表面。配置502的所有部件和装置被并入结构1602中。同样，配置502的描述适用于结构1602，除了具有以下附加细节和描述的部件。载波芯片1604提供其自身与输入装置104、滤波装置304、输入装置404和/或输出装置106之间的电互连和/或光互连，其中载波芯片1604可以是印刷电路板、集成芯片、芯片载体、中介层，或任何其他电气和/或光学互连平台。激光器504和激光器514可以安装、接合、附接、嵌入或制造在载波芯片1604内或载波芯片1604上。光导506、光导516和/或可选的光导526可以是载波芯片1604上或载波芯片1604内的波导。连接到和/或包括载波芯片1604的所有装置的输入数据、过滤数据、输出数据和控制数据(未示出)可以通过载波芯片数据线1608和载波芯片控制线1610传送到载波芯片1604，其中载波芯片数据线1608和/或载波芯片控制线1610可以是电线(包括但不限于针栅阵列、球栅阵列或其他芯片载体)、光纤、波导和/或任何其他数据承载或能量传播介质，其端子、连接器和/或连接表面可以位于载波芯片1604的一个或多个表面和/或边缘上。电光网络1674可以承载整个载波芯片1610与载波芯片数据线1608、载波芯片控制线1610之间的电信号和/或光信号、和/或去往/来自输入装置104、滤波装置304、输入装置404和/或输出装置106的电信号和/或光信号，其中电光网络1674可以包括电线、光纤、波导和/或任何其他数据和/或能量传播介质。输入装置104在电和/或光接触表面1662处连接到载波芯片1604，其中接触表面1662是输入装置104与载波芯片1604之间的物理界面，并且可以从载波芯片1604向输入装置104提供功率、电、光、和/或控制数据。可以通过连接到电光网络1674的输入数据线508和输入控制线510经由接触表面1662将输入和控制数据(未示出)提供给输入装置104。同样，输入装置404在电和/或光接触表面(未示出)处连接到载波芯片1604，其中其接触表面(未示出)是输入装置404与载波芯片1604之间的物理界面，并且可以从载波芯片1604向输入装置404提供功率、电、光和/或控制数据。可以通过连接到电光网络1674的输入数据线518(图5)和输入控制线520(图5)经由其与载波芯片1604的接触表面(未示出)将输入和控制数据(未示出)提供给输入装置404(未示出)。滤波装置304在电和/或光接触表面1664处连接到载波芯片1604，其中接触表面1664是滤波装置304与载波芯片1604之间的物理界面，并且可以从载波芯片1604向滤波装置304提供功率、电、光和/或控制数据。可以通过连接到电光网络1674的滤波器数据线538和滤波器控制线540经由接触表面1664将滤波器和控制数据(未示出)提供给滤波器装置304。输出装置106在电和/或光接触表面1666处连接到载波芯片1604，其中接触表面1666是输出装置106与载波芯片1604之间的物理界面，并且可以从载波芯片1604向输出装置106提供功率、电、光和/或控制数据。可以通过输出数据线528经由接触表面1662从输出装置106接收输出数据(未示出)，并且可以通过输出控制线530经由接触表面1662向输出装置106传送或从输出装置106接收控制数据(未示出)，其中输出数据线528和输出控制线530都连接到电光网络1674。载波芯片1604可以对通过电光网络1674传送的任何数据执行预处理或后处理，包括但不限于对由光波导传播的光的调制和/或对电光网络1674中电线传播的电信号的数学运算。如针对配置502及其变型所述的输入装置104内光的传播和/或调制发生在波导网络706内。可以由输入装置104经由可选的接收表面1612和/或通过接触表面1662接收输入数据(未示出)，其中可选接收表面1612包括耦合至波导网络706的光波导阵列，该光波导阵列被布置成如针对装置5604(图56至图58)的波导阵列所述的任何配置和/或变型。同样，输入装置104包括发射表面1616，其将由波导网络706传播和/或在波导网络706内调制的光发射到自由空间108中，其中发射表面1616包括耦合至波导网络706的光波导阵列，该光波导阵列被布置成如针对装置5604(图56至图58)的波导阵列所述的任何配置和/或变型。类似地，针对配置502及其变型描述的输入装置404内光的传播和/或调制发生在波导网络1216内。输入装置404可以通过可选的接收表面1622和/或通过其与载波芯片1604的接触表面(未示出)由接收输入数据(未示出)，其中可选的接收表面1622包括耦合至波导网络1216的光波导阵列，该光波导阵列被布置成如针对装置5604(图56至图58)的波导阵列描述的任何配置和/或变型。同样，输入装置404包括发射表面1626，其将由波导网络1216传播和/或在波导网络1216内调制的光发射到自由空间408中，其中发射表面1626包括耦合至波导网络1216的光波导阵列，该光波导阵列被布置成如针对装置5604(图56至图58)的波导阵列所述的任何配置和/或变型。针对配置502及其变型描述的滤波装置304内光的传播和/或调制发生在波导网络1634内。滤波装置304可以通过接收表面1632从自由空间108，和/或通过接收表面1642从自由空间408，和/或通过接触表面1664接收滤波数据(未示出)，其中接收表面1632和接收表面1642各自包括耦合至波导网络1634的光波导阵列，该光波导阵列被布置成如针对装置5604(图56至图58)的波导阵列描述的任何配置和/或变型，并且两个阵列可以包括不同数量的接收波导元件。同样，滤波装置304包括发射表面1636，该发射表面1636将由波导网络1634传播和/或在波导网络1634内调制的光发射到自由空间308中，其中发射表面1636包括耦合至波导网络1634的光波导阵列，该光波导阵列被布置成如针对装置5604(图56至图58)的波导阵列所描述的配置和/或变型。针对配置502及其变型描述的输出装置106内光的传播、调制和/或检测发生在波导网络1654内。输出装置106可以通过接收表面1652接收输出数据(未示出)，其中接收表面1652包括耦合至波导网络1654的光波导阵列，该光波导阵列被布置成如针对装置5604(图56至图58)的波导阵列所描述的配置和/或变型。同样，输出装置106可以包括可选发射表面1656，其发射由波导网络1654传播和/或在波导网络1654内调制的光，其中发射表面1656包括耦合至波导网络1654的光波导阵列，该光波导阵列被布置成如针对装置5604(图56至图58)的波导阵列所描述的配置和/或变型。
在结构1602的一个变型中，输入装置104具有可选接收表面1612，其接收阵列耦合至提供输入数据(例如来自另一光学系统)的装置外波导或波导阵列(未示出)，其中接收表面1612的接收阵列中可以有任意数量的波导。在结构1602的第二变型中，输入装置104具有可选接收表面1612，其接收阵列耦合至提供输入数据(例如来自另一光学系统)的装置外光纤或光纤阵列(未示出)，其中接收表面1612的接收阵列中可以有任意数量的波导。在结构1602的第三变型中，输入装置104具有可选接收表面1612，其接收阵列耦合至提供输入数据(例如来自另一光学系统)的自由空间(未示出)，其中接收表面1612的接收阵列中可以具有任意数量的波导。在结构1602的第四变型中，输入装置104具有如结构1602的第一、第二和/或第三变型中所述的可选接收表面1612，并且针对输入装置104的输入数据仅通过接收表面1612接收。在结构1602的第五变型中，输入装置104具有如结构1602的第一、第二和/或第三变型中所述的可选接收表面1612，并且针对输入装置104的输入数据通过接收表面1612和/或输入数据线508接收。在结构1602的第六变型中，输入装置104不具有可选接收表面1612，并且仅通过输入数据线508从载波芯片1604提供输入数据。在结构1602的第七变型中，输入装置404具有可选的接收表面1622，其接收阵列耦合至提供输入数据(例如来自另一光学系统)的装置外波导或波导阵列(未示出)，其中接收表面1622的接收阵列中可以有任意数量的波导。在结构1602的第八变型中，输入装置404具有可选接收表面1622，其接收阵列耦合至提供输入数据(例如来自另一光学系统)的装置外光纤或光纤阵列(未示出)，其中接收表面1622的接收阵列中可以有任意数量的波导。在结构1602的第九变型中，输入装置404具有可选接收表面1622，其接收阵列耦合至提供输入数据(例如来自另一光学系统)的自由空间(未示出)，其中接收表面1622的接收阵列可以具有任意数量的波导。在结构1602的第十变型中，输入装置404具有如结构1602的第七、第八和/或第九变型中所述的可选接收表面1622，并且针对输入装置404的输入数据仅通过接收表面1622接收。在结构1602的变型中，输入装置404具有如结构1602的第七、第八和/或第九变型中所述的可选接收表面1622，并且针对输入装置404的输入数据通过接收表面1622和/或输入数据线518(图5)接收。在结构1602的第十二变型中，输入装置404不具有可选接收表面1622，并且仅通过输入数据线518(图5)从载波芯片1604提供输入数据。在结构1602的第十三变型中，输出装置106具有可选发射表面1656，其发射阵列耦合至装置外波导或波导阵列(未示出)以提供输出数据，例如提供给另一光学系统，其中发射表面1656的发射阵列中可以具有任何数量的波导。在结构1602的第十四变型中，输出装置106具有可选发射表面1656，其发射阵列耦合至装置外光纤或光纤阵列(未示出)以提供输出数据，例如提供给另一光学系统，其中发射表面1656的发射阵列中可以有任意数量的波导。在结构1602的第十五变型中，输出装置106具有可选发射表面1656，其发射阵列耦合至自由空间(未示出)以提供输出数据，例如提供给另一光学系统，其中发射表面1656的发射阵列可以具有任意数量的波导。在结构1602的第十六变型中，输出装置106具有如结构1602的第十三、第十四和/或第十五变型中所述的可选发射表面1656，并且针对输出装置106的输入数据仅通过发射表面1656接收。在结构1602的第十七变型中，输出装置106具有如结构1602的第十三、第十四和/或第十五变型中所述的可选的发射表面1656，并且通过发射表面1656和/或输出数据线528传送输出装置106的输出数据。在结构1602的第十八变型中，输出装置106不具有可选发射表面1656，并且仅通过输出数据线528向载波芯片1604传送输出数据。在结构1602的第十九变型中，其可以与结构1602的第一变型至第十八变型中任一变型或其他变型组合，基本配置替换为配置602(图6)，其中存在仅一个激光源，外部激光器504，以及光导516和从光导506分支的可选参考光导526。在结构1602的第二十变型中，其可以与结构1602的第一变型至第十八变型中的任一变型或其他变型组合，基本配置是配置702(图7)，其中存在仅一个激光源，耦合至波导网络706的内部激光器704，以及光导516和通过波导耦合器708耦合到波导网络706的可选参考光导526。在结构1602的第二十一变型中，其可以与结构1602的第一变型至第十八变型中任一变型或任何其他变型组合，基本配置替换为配置1202(图12)，其中存在两个激光源、耦合到波导网络706的内部激光器704、耦合到波导网络1216的内部激光器1214，以及通过波导耦合器708耦合到波导网络706的可选的参考光导526。在结构1602的第二十二变型中，其可以与结构1602的第一变型至第十八变型中的任一变型或任何其他变型组合，基础配置替换为配置1302(图12)，其中不存在配置激光源、可选的参考光导526通过波导耦合器708耦合到波导网络706。结构1602的任何变型可以组合成结构1602的新变型。
图17a和图17b示出了配置502(图5)的结构1702，其中所有装置接收表面和发射表面被定向成垂直于载波芯片1604的顶表面。结构1702的描述和变型与构造1602的描述和变型相同，除了：输入装置、滤波装置和输出装置被分为多个子装置芯片。输入装置104包括基控制芯片1714、可选的接收芯片1712、以及发射芯片1716。基控制芯片1714包括波导706并通过接触表面1662与载波芯片1604相接。可选的接收芯片1712包括可选的接收表面1612并通过接触表面1762与基控制芯片1714相接，其中接触表面1762提供可选的接收芯片1712与基控制芯片1714之间的电光互连。同样，发射芯片1716包括发射表面1616并通过接触表面1764与基控制芯片1714相接，其中接触表面1764提供发射芯片1716与基控制芯片1714之间的电光互连。类似地，输入装置404包括基控制芯片1724、可选的接收芯片1722、以及发射芯片1726。基控制芯片1724包括波导1216并通过电光接触表面(未示出)与载波芯片1604相接。可选的接收芯片1722包括可选接收表面1622并通过在可选接收芯片1722与基控制芯片1724之间提供电光互连的接触表面(未示出)与基控制芯片1724相接。同样，发射芯片1726包括发射表面1626并通过在发射芯片1726与基控制芯片1724之间提供电光互连的接触表面(未示出)与基控制芯片1724相接。滤波装置304包括基控制芯片1734、接收芯片1732、接收芯片1742和发射芯片1736。基控制芯片1734包括波导1634并通过接触表面1664与载波芯片1604相接。接收芯片1732包括接收表面1632并通过接触表面与基控制芯片1734相接，其中接触表面1772提供接收芯片1732与基控制芯片1734之间的电光互连。同样，接收芯片1742包括接收表面1642并通过接触表面1776与基控制芯片1734相接，其中接触表面1776提供接收芯片1742与基控制芯片1734之间的电光互连。发射芯片1736包括发射表面1636并通过接触表面1774与基控制芯片1734相接，其中接触表面1774提供发射芯片1736与基控制芯片1734之间的电光互连。输出装置106包括基控制芯片1754、接收芯片1752和可选的发射芯片1756。基控制芯片1754包括波导1654并通过接触表面1666与载波芯片1604相接。接收芯片1752包括接收表面1652并通过接触表面1782与基控制芯片1754相接，其中接触表面1782提供接收芯片1752与基控制芯片1754之间的电光互连。同样，可选发射芯片1756包括可选发射表面1656并通过接触表面1784与基控制芯片1754相接，其中接触表面1784提供可选发射芯片1756与基控制芯片1754之间的电光互连。
结构1602的所有变型适用于结构1702，但以下内容除外。具有可选接收表面1612的结构1702的任何变型也将具有可选的接收芯片1712，并且不具有可选的接收表面1612的任何变型将不具有可选的接收芯片1712。同样，具有可选的接收表面1622的结构1702的任何变型也将具有可选的接收芯片1722，并且不具有可选的接收表面1622的任何变型将不具有可选的接收芯片1722。最后，具有可选的发射表面1656的结构1702的任何变型也将具有可选的发射芯片1756，并且不具有可选对发射表面1656的任何变型将不具有可选的接收芯片1756。结构1702的任何变型可以组合成结构1702的新变型。
图18a和图18b示出了配置502(图5)的结构1802，其中所有装置接收表面和发射表面被定向成垂直于载波芯片1604的顶表面，并且每个输入装置、滤波装置和输出装置的部分被并入载波芯片1604中。结构1802的描述和变型与结构1702的描述和变型相同，除了结构1702中的控制芯片的部件和功能对于结构1802而言被集成到载波芯片1604中。对于输入装置104，控制芯片1714的部件和功能，包括波导706的部分，已被集成到载波芯片1604中，从而去除了接触表面1662。可选接收芯片1712通过接触表面1762与载波芯片1604相接，其中接触表面1762提供可选接收芯片1712、载波芯片1604以及波导网络706之间的电光互连。类似地，发射芯片1716通过接触表面1764与载波芯片1604相接，其中接触表面1764提供发射芯片1716、载波芯片1604以及波导网络706之间的电光互连。类似地，对于输入装置404，控制芯片1724的部件和功能，包括波导1216的部分，已被集成到载波芯片1604中。可选的接收芯片1722通过提供可选接收芯片1722、载波芯片1604以及波导网络1216之间的电光互连的电光接触表面(未示出)与载波芯片1604相接。同样，发射芯片1726通过提供发射芯片1726、载波芯片1604以及波导网络1216之间的电光互连的电光接触表面(未示出)与载波芯片1604相接。对于滤波装置304，控制芯片1734的部件和功能，包括波导1634的部分，已被集成到载波芯片1604中，从而去除了接触表面1664。接收芯片1732通过接触表面1772与载波芯片1604相接，其中接触表面1772提供接收芯片1732、载波芯片1604以及波导网络1634之间的电光互连。同样，接收芯片1742通过接触表面1776与载波芯片1604相接，其中接触表面1776提供接收芯片1742、载波芯片1604以及波导网络1634之间的电光互连。发射芯片1736通过接触表面1774与载波芯片1604相接，其中接触表面1774提供发射芯片1736、载波芯片1604以及波导网络1634之间的电光互连。对于输出装置106，控制芯片1754的部件和功能，包括波导1654的部分，已被集成到载波芯片1604中，从而去除了接触表面1666。接收芯片1752通过接触表面1782与载波芯片1604相接，其中接触表面1782提供接收芯片1752、载波芯片1604以及波导网络1654之间的电光互连。同样，可选发射芯片1756通过接触表面1784与载波芯片1604相接，其中接触表面1784提供可选发射芯片1756、载波芯片1604以及波导网络1654之间的电光互连。结构1702的所有变型适用于结构1802。结构1802的任何变型可以被组合成结构1802的新变型。
图19a和图19b示出了配置502(图5)的结构1902，其中所有装置接收表面和发射表面被定向成平行于载波芯片1604的顶表面，并且每个输入装置、滤波装置和输出装置的部分被结合到载波芯片1604中。结构1902的描述和变型与结构1802的描述和变型相同，除了可选接收芯片1712、发射芯片1716、可选接收芯片1722、发射芯片1726、接收芯片1732、发射芯片1736、接收芯片1742、接收芯片1752和可选发射芯片1756被定向成平行于载波芯片1604的顶表面，使得所有接收表面和发射表面被定向成平行于载波芯片1604的顶表面。结构1902与结构1602类似，除了输入装置104、输入装置404、滤波装置304和输出装置106的部分已被集成到载波芯片1604中。结构1802的所有变型适用于结构1902。结构1902的任何变型可以组合成结构1902的新变型。
图20a和图20b示出了配置502(图5)的结构2002，其中所有装置接收表面和发射表面被定向成平行于载波芯片1604的顶表面，并且所有输入装置、滤波装置和输出装置结合到载波芯片1604中。结构2002的描述和变型与结构1902的描述和变型相同，除了：输入装置104、输入装置404、滤波装置304和输出装置106的所有部件都安装、接合、附接、并入、嵌入或制造在载波芯片1604中，从而去除了可选接收芯片1712、发射芯片1716、可选接收芯片1722、发射芯片1726、接收芯片1732、发射芯片1736、接收芯片1742、接收芯片1752和可选发射芯片1756。结构1602的所有变型适用于结构2002。结构2002的任何变型可以组合成结构2002的新变型。
图21a和图21b示出了配置502(图5)的结构2102，其中所有装置接收表面和发射表面被定向成垂直于载波芯片1604的顶表面。结构2102的描述和变型与结构1602的描述和变型相同，除了：输入装置104、输入装置404、滤波装置304和输出装置106均与载波芯片1604相接，使得可选接收表面1612、发射表面1616、可选接收表面1622、发射表面1626、接收表面1632、发射表面结构1636、接收表面1642、接收表面1652和可选发射表面1656被定向成垂直于载波芯片1604的顶表面。结构1602的所有变型适用于结构2102。结构2102的任何变型可以组合成结构2102的新变型。
图22a和图22b示出了配置502(图5)的结构2202，其中所有装置接收表面和发射表面被定向成垂直于载波芯片1604的顶表面，并且所有输入装置、滤波装置和输出装置包括多个堆叠芯片。结构2202的描述和变型与结构2102的描述和变型相同，除了：输入装置104、输入装置404、滤波装置304和输出装置106包括平行于载波芯片1604的顶表面堆叠的多个芯片。输入装置104包括芯片堆2212，芯片堆2212包括可选接收表面1612、波导网络706和发射表面1616。芯片堆2212中的每个芯片包括可选接收表面1612的接收阵列(未示出)的一行或多行、发射表面1616的发射阵列(未示出)的一行或多行、以及波导网络706的必要电光部件和/或部分，以提供输入装置104对于每个芯片内的可选接收表面1612和发射表面1616部分的所需功能，并通过芯片堆2212中各芯片之间的接触表面2262与相邻芯片互连。芯片堆2212中芯片的数量与将可选接收表面1612和发射表面1616构造成输入装置104所需尺寸所需的数量一样。芯片堆2212通过接触表面1662与载波芯片1604相接，如针对结构1604及其变型的输入装置104所述。类似地，输入装置404包括芯片堆2222，芯片堆2222包括可选接收表面1622、波导网络1216和发射表面1626。芯片堆2222中的每个芯片包括可选接收表面1622的接收阵列(未示出)的一行或多行、发射表面1626的发射阵列(未示出)的一行或多行、以及波导网络1216的必要电光部件和/或部分，以提供输入装置404对于每个芯片内的可选接收表面1622和发射表面1626部分的所需功能，并通过芯片堆2222中各芯片之间的电光接触表面(未示出)与相邻芯片互连。芯片堆2222中芯片的数量与将可选接收表面1622和发射表面1626构建成输入装置404所需尺寸所需的数量一样。芯片堆2222通过电光接触表面(未示出)与载波芯片1604相接，如针对结构1604及其变型的输入装置404所述。滤波装置304包括芯片堆2232，芯片堆2232包括接收表面1632、接收表面1642、波导网络1634和发射表面1636。芯片堆2232中的每个芯片包括接收表面1632的接收阵列(未示出)的一行或多行、接收表面1642的接收阵列(未示出)的一行或多行、发射表面1636的发射阵列(未示出)的一行或多行、以及波导网络1634的必要电光部件和/或部分，以提供滤波装置304对于每个芯片内的接收表面1632、接收表面1642和发射表面1636部分的所需功能，并通过芯片堆2232中各芯片之间的接触表面2264与相邻芯片互连。芯片堆2232中芯片的数量与将接收表面1632、接收表面1642和发射表面1636构造成滤波装置304所需尺寸所需的数量一样。芯片堆2212通过接触表面1664与载波芯片1604相接，如针对结构1604及其变型的滤波装置304所述。输出装置106包括芯片堆2252，芯片堆2252包括接收表面1652、波导网络1654和可选发射表面1656。芯片堆2252中的每个芯片包括接收表面1652的接收阵列(未示出)的一行或多行、可选发射表面1656的发射阵列(未示出)的一列或多列、以及波导网络1654的必要电光部件和/或部分，以提供输出装置106对于每个芯片内的接收表面1652和可选发射表面1656的部分的所需功能，并通过芯片堆2252中各芯片之间的接触表面2266与相邻芯片互连。芯片堆2252中芯片的数量与将接收表面1652和可选发射表面1656构建成输出装置106所需尺寸所需的数量一样。芯片堆2252通过接触表面1666与载波芯片1604相接，如针对结构1604及其变型的输出装置106所述。结构2102的所有变型适用于结构2202。结构2202的任何变型可以组合成结构2202的新变型。
图23a和图23b示出了配置502(图5)的结构2302，其中所有装置接收表面和发射表面被定向成垂直于载波芯片1604的顶表面，并且所有输入装置、滤波装置和输出装置包括垂直于载波芯片1604的顶表面堆叠的多个芯片。结构2302的描述和变型与结构2102的描述和变型相同，除了：输入装置104、输入装置404、滤波装置304和输出装置106包括垂直于载波芯片1604的顶表面堆叠的多个芯片。另外，结构2302的滤波装置304不具有接收表面1642，并且还包括附加的子装置部件2338，其被设计成将从自由空间108和自由空间408接收的光混合和/或调制以传输到芯片堆2232的接触表面2342处的接收阵列1632，其中子装置部件2338可以是光学部件例如分束器、波导装置、波导装置或部件的复合堆叠、或波导系统，包括但不限于任何先前描述的装置、系统和/或其变型。输入装置104包括芯片堆2212，芯片堆2212包括可选接收表面1612、波导网络706和发射表面1616。芯片堆2212中的每个芯片包括可选接收表面1612的接收阵列(未示出)的一列或多列、发射表面1616的发射阵列(未示出)的一列或多列、以及波导网络706的必要电光部件和/或部分，以提供输入装置104对于每个芯片内的可选接收表面1612和发射表面1616部分的所需功能，并通过芯片堆2212中各芯片之间的接触表面2262与相邻芯片互连。芯片堆2212中芯片的数量与将可选接收表面1612和发射表面1616构造成输入装置104所需尺寸所需的数量一样。芯片堆2212通过接触表面1662与载波芯片1604相接，如针对结构1604及其变型的输入装置104所述。类似地，输入装置404包括芯片堆2222，芯片堆2222包括可选接收表面1622、波导网络1216和发射表面1626。芯片堆2222中的每个芯片包括可选接收表面1622的接收阵列(未示出)的一列或多列、发射表面1626的发射阵列(未示出)的一列或多列、以及波导网络1216的必要电光部件和/或部分，以提供输入装置404对于每个芯片内的可选接收表面1622和发射表面1626部分的所需功能，并通过芯片堆2222中各芯片之间的电光接触表面(未示出)与相邻芯片互连。芯片堆2222中芯片的数量与将可选接收表面1622和发射表面1626构建成输入装置404所需尺寸所需的数量一样。芯片堆2222通过电光接触表面(未示出)与载波芯片1604相接，如针对结构1604及其变型的输入装置404所述。滤波装置304包括芯片堆2232，芯片堆2232包括接收表面1632、波导网络1634和发射表面1636。芯片堆2232中的每个芯片包括接收表面1632的接收阵列(未示出)的一列或多列、发射表面1636的发射阵列(未示出)的一列或多列、以及波导网络1634的必要电光部件和/或部分，以提供滤波装置304对于每个芯片内的接收表面1632和发射表面1636部分的所需功能，并通过芯片堆2232中各芯片之间的接触表面2264与相邻芯片互连。芯片堆2232中芯片的数量与将接收表面1632和发射表面1636构造成滤波装置304所需尺寸所需的数量一样。芯片堆2212通过接触表面1664与载波芯片1604相接，如针对结构1604及其变型的滤波装置304所述。输出装置106包括芯片堆2252，芯片堆2252包括接收表面1652、波导网络1654和可选发射表面1656。芯片堆2252中的每个芯片包括接收表面1652的接收阵列(未示出)的一列或多列、可选发射表面1656的发射阵列(未示出)的一列或多列、以及波导网络1654的必要电光部件和/或部分，以提供输出装置106对于每个芯片内的接收表面1652和可选发射表面1656的部分的所需功能，并通过芯片堆2252中各芯片之间的接触表面2266与相邻芯片互连。芯片堆2252中芯片的数量与将接收表面1652和可选发射表面1656构建成输出装置106所需尺寸所需的数量一样。芯片堆2252通过接触表面1666与载波芯片1604相接，如针对结构1604及其变型的输出装置106所述。结构2102的所有变型适用于结构2302。结构2302的任何变型可以组合成结构2302的新变型。
图24a和图24b示出了配置502(图5)的结构2402，其中所有装置接收表面和发射表面被定向成平行于载波芯片1604的顶表面，并且所有输入装置、滤波装置、输出装置和自由空间区域被合并到载波芯片1604中。结构2402的描述和变型与结构2002的描述和变型相同，除了：自由空间108、自由空间308、自由空间408、可选自由空间2408、可选自由空间2418和可选自由空间2458的所有部件被安装、接合、附接、并入、嵌入或制造在载波芯片1604内，其中可选自由空间2408、可选自由空间2418和/或可选自由空间2458可以是区域空气或其他气体(例如氮气)、液体(如折射率匹配流体)、固体(如折射率匹配玻璃)或真空，包括零个或多个透镜、分束器、偏振器、波片、波导、光纤、微透镜阵列或其他光学部件。可选自由空间2408提供可选接收阵列1612与载波芯片1604表面之间的光连接，以实现输入装置104与其他装置、配置、结构和/或其变型之间的互连，其中自由空间2408内的所有光学元件与可选接收阵列1612共享公共光轴。同样，可选自由空间2418提供可选接收阵列1622与载波芯片1604表面之间的光学连接，以实现输入装置404与其他装置、配置、结构和/或其变型之间的互连，其中自由空间2418内的所有光学元件与可选接收阵列1622共享公共光轴。可选自由空间2458提供可选发射阵列1656与载波芯片1604表面之间的光学连接，以实现输出装置106与其他装置、配置、结构和/或其变型之间的互连，其中自由空间2458内的所有光学元件与可选接收阵列1656共享公共光轴。结构2002的所有变型适用于结构2402。结构2402的任何变型可以组合成结构2402的新变型。
图25a和图25b示出了配置502(图5)的结构2502，其中所有装置接收表面和发射表面被定向成垂直于载波芯片1604的顶表面，并且所有输入装置、滤波装置、输出装置和自由空间区域被合并到载波芯片1604中。结构2502的描述和变型与结构2102的描述和变型相同，除了：输入装置104、输入装置404、滤波装置304、输出装置106、自由空间108、自由空间308、以及自由空间408被安装、接合、附接、并入、嵌入或制造在载波芯片1604内，从而去除接触表面1662、接触表面1664和接触表面1666。可选接收表面1612、可选接收表面1622和可选发射表面1656位于载波芯片1604的侧表面，使得它们可以通过自由空间区域、波导、光纤、微透镜阵列或其他光学承载介质(未显示)与其他装置、配置、结构和/或其变型可选地互连。结构2102的所有变型适用于结构2502。结构2502的任何变型可以组合成结构2502的新变型。
图26a和图26b示出了配置802(图8)的结构2602，其中所有装置及其接收表面和发射表面被定向成平行于载波芯片1604的顶表面。配置802的所有部件和装置被并入结构2602中。同样，针对配置802的描述适用于结构2602，除了具有以下附加细节和描述的部件。载波芯片1604提供其自身与输入装置104、滤波装置304和/或输出装置106之间的电互连和/或光互连，其中载波芯片1604可以是印刷电路板、集成芯片、芯片载体、中介层或任何其他电气和/或光学互连平台。激光器504可以安装、接合、附接、嵌入或制造在载波芯片1604内或载波芯片1604上。光导506和/或可选的光导526可以是载波芯片1604上或载波芯片1604内的波导。连接到和/或包括载波芯片1604的所有装置的输入数据、滤波数据、输出数据和控制数据(未示出)可以通过载波芯片数据线1608和载波芯片控制线1610传送到载波芯片1604，其中载波芯片数据线1608和/或载波芯片控制线1610可以是电线(包括但不限于针栅阵列、球栅阵列或其他芯片载体)、光纤、波导、和/或任何其他数据承载或能量传播介质，其端子、连接器和/或连接表面可以位于载波芯片1604的一个或多个表面和/或边缘上。电光网络1674可以承载整个载波芯片1610与载波芯片数据线1608、载波芯片控制线1610之间的电信号和/或光信号、和/或去往/来自输入装置104、滤波装置304和/或输出装置106的电信号和/或光信号，其中电光网络1674可以包括电线、光纤、波导和/或任何其他数据和/或能量传播介质。输入装置104在电和/或光接触表面1662处连接到载波芯片1604，其中接触表面1662是输入装置104与载波芯片1604之间的物理界面，并且可以从载波芯片1604向输入装置104提供功率、电、光、和/或控制数据。可以通过连接到电光网络1674的输入数据线508和输入控制线510经由接触表面1662将输入和控制数据(未示出)提供给输入装置104。滤波装置304在电和/或光接触表面1664处连接到载波芯片1604，其中接触表面1664是滤波装置304与载波芯片1604之间的物理界面，并且可以从载波芯片1604向滤波装置304提供功率、电、光和/或控制数据。可以通过连接到电光网络1674的滤波器数据线538和滤波器控制线540经由接触表面1664将滤波器和控制数据(未示出)提供给滤波器装置304。输出装置106在电和/或光接触表面1666处连接到载波芯片1604，其中接触表面1666是输出装置106与载波芯片1604之间的物理界面，并且可以从载波芯片1604向输出装置106提供功率、电、光和/或控制数据。可以通过输出数据线528经由接触表面1662从输出装置106接收输出数据(未示出)，并且可以通过输出控制线530经由接触表面1662向输出装置106传送或从输出装置106接收控制数据(未示出)，其中输出数据线528和输出控制线530都连接到电光网络1674。载波芯片1604可以对通过电光网络1674传送的任何数据执行预处理或后处理，包括但不限于对由光波导传播的光的调制和/或对电光网络1674中电线传播的电信号的数学运算。如针对配置802及其变型所述的输入装置104内光的传播和/或调制发生在波导网络706内。可以由输入装置104经由可选的接收表面1612和/或通过接触表面1662接收输入数据(未示出)，其中可选接收表面1612包括耦合至波导网络706的光波导阵列，该光波导阵列被布置成如针对装置5604(图56至图58)的波导阵列所述的任何配置和/或变型。同样，输入装置104包括发射表面1616，其将由波导网络706传播和/或在波导网络706内调制的光发射到自由空间108中，其中发射表面1616包括耦合至波导网络706的光波导阵列，该光波导阵列被布置成如针对装置5604(图56至图58)的波导阵列所述的任何配置和/或变型。针对配置802及其变型描述的滤波器装置304内的光传播和/或光调制发生在波导网络1634内。滤波装置304可以经由接收表面1632从自由空间108、和/或通过接触表面1664接收滤波数据(未示出)，其中接收表面1632包括耦合至波导网络1634的光波导阵列，该光波导阵列被布置成如针对装置5604(图56至图58)的波导阵列所述的任何配置和/或变型，并且可以包括不同数量的接收波导元件。同样，滤波装置304包括发射表面1636，其将由波导网络1634传播和/或在波导网络1634内调制的光发射到自由空间308中，其中发射表面1636包括耦合至波导网络1634的光波导阵列，该光波导阵列被布置成如针对装置5604(图56至图58)的波导阵列所描述的配置和/或变型。如针对配置802及其变型所述的输出装置106内的光的传播、调制和/或检测发生在波导网络1654内。输出装置106可以通过接收表面1652接收输出数据(未示出)，其中接收表面1652包括耦合至波导网络1654的光波导阵列，该光波导阵列被布置成如针对装置5604(图56至图58)的波导阵列所描述的配置和/或变型。同样，输出装置106可以包括可选发射表面1656，其发射由波导网络1654传播和/或在波导网络1654内调制的光，其中发射表面1656包括耦合至波导网络1654的光波导阵列，该光波导阵列被布置成如针对装置5604(图56至图58)的波导阵列所描述的配置和/或变型。
在结构2602的一个变型中，输入装置104具有可选接收表面1612，该可选接收表面1612的接收阵列耦合至提供输入数据(例如来自另一光学系统)的装置外波导或波导阵列(未示出)，其中接收表面1612的接收阵列中可以有任意数量的波导。在结构2602的第二变型中，输入装置104具有可选的接收表面1612，该接收表面的接收阵列耦合至提供输入数据(例如来自另一光学系统)的装置外光纤或光纤阵列(未示出)，其中接收表面1612的接收阵列中可以有任意数量的波导。在结构2602的第三变型中，输入装置104具有可选的接收表面1612，该接收表面1612的接收阵列耦合至提供输入数据(例如来自另一光学系统)的自由空间(未示出)，其中接收表面1612的接收阵列中可以有任意数量的波导。在结构2602的第四变型中，输入装置104具有如结构2602的第一、第二和/或第三变型中所述的可选的接收表面1612，并且针对输入装置104的输入数据仅通过接收表面1612接收。在结构2602的第五变型中，输入装置104具有如结构2602的第一、第二和/或第三变型中所述的可选的接收表面1612，并且针对输入装置104的输入数据通过接收表面1612和/或输入数据线508接收。在结构2602的第六变型中，输入装置104不具有可选的接收表面1612，并且仅通过输入数据线508从载波芯片1604提供输入数据。在结构2602的第七变型中，输出装置106具有可选发射表面1656，发射表面1656的发射阵列耦合至装置外波导或波导阵列(未示出)以提供输出数据，例如提供给另一光学系统，其中发射表面1656的发射阵列中可以具有任意数量的波导。在结构2602的第八变型中，输出装置106具有可选的发射表面1656，发射表面1656的发射阵列耦合至装置外光纤或光纤阵列(未示出)以提供输出数据，例如提供给另一光学系统，其中发射表面1656的发射阵列中可以具有任意数量的波导。在结构2602的第九变型中，输出装置106具有可选的发射表面1656，发射表面1656的发射阵列耦合至自由空间(未示出)以提供输出数据，例如提供给另一光学系统，其中发射表面1656的发射阵列中可以具有任意数量的波导。在结构2602的第十变型中，输出装置106具有如结构2602的第七、第八和/或第九变型中所述的可选的发射表面1656，并且针对输出装置106的输入数据仅通过发射表面1656接收。在结构2602的第十一变型中，输出装置106具有如结构2602的第七、第八和/或第九变型中所述的可选的发射表面1656，并且通过发射表面1656和/或输出数据线528传送输出装置106的输出数据。在结构2602的第十二变型中，输出装置106不具有可选发射表面1656，并且仅通过输出数据线528向载波芯片1604传送输出数据。在结构2602的第十三变型中，其可以与结构2602的第一变型至第十二变型中任一变型或其他变型组合，基本配置替换为配置902(图9)，其中存在仅一个激光源，耦合至波导网络706的内部激光器704，以及可以通过可选的波导耦合器708耦合至波导网络706的可选的参考光导526。在结构2602的第十四变型中，其可以与结构2602的第一变型至第十二变型中任一变型或其他组合，基本配置替换为配置1402(图14)，其中不存在配置激光源，可选的参考光导526可以通过可选的波导耦合器708耦合至波导网络706。结构2602的任何变型可以组合成结构2602的新变型。
图27a和图27b示出了配置802(图8)的结构2702，其中所有装置接收表面和发射表面被定向成垂直于载波芯片1604的顶表面。结构2702的描述和变型与结构2602的描述和变化相同，除了输入装置、滤波装置和输出装置被分为多个子装置芯片。输入装置104包括基控制芯片1714、可选的接收芯片1712，以及发射芯片1716。基控制芯片1714包含波导706并通过接触表面1662与载波芯片1604相接。可选的接收芯片1712包含可选的接收表面1612并通过接触表面1762与基控制芯片1714相接，其中接触表面1762提供可选的接收芯片1712与基控制芯片1714之间的电光互连。同样，发射芯片1716包含发射表面1616并且通过接触表面1764与基控制芯片1714相接，其中接触表面1764提供发射芯片1716与基控制芯片1714之间的电光互连。滤波装置304包括基控制芯片1734、接收芯片1732、以及发射芯片1736。基控制芯片1734包含波导1634并且通过接触表面1664与载波芯片1604相接。接收芯片1732包括接收表面1632并且通过接触表面1772与基控制芯片1734相接，其中接触表面1772提供接收芯片1732与基控制芯片1734之间的电光互连。发射芯片1736包括发射表面1636并且与通过接触表面1774与基控制芯片1734相接，其中接触表面1774提供发射芯片1736与基控制芯片1734之间的电光互连。输出装置106包括基控制芯片1754、接收芯片1752、以及可选的发射芯片1756。基控制芯片1754包括波导1654并且通过接触表面1666与载波芯片1604相接。接收芯片1752包括接收表面1652并且通过接触表面1782与基控制芯片1754相接，其中接触表面1782提供接收芯片1752和基控制芯片1754之间的电光互连。同样，可选的发射芯片1756包括可选的发射表面1656并且通过接触表面1784与基控制芯片1754相接，其中接触表面1784提供可选发射芯片1756与基控制芯片1754之间的电光互连。结构2602的所有变型均适用于结构2702，但以下内容除外。具有可选的接收表面1612的结构2702的任何变型也将具有可选的接收芯片1712，并且不具有可选的接收表面1612的任何变型将不具有可选的接收芯片1712。同样，具有可选的发射表面1656的结构2702的任何变型也将具有可选的发射芯片1756，并且不具有可选的发射表面1656的任何变型将不具有可选的接收芯片1756。结构2702的任何变型可以组合成结构2702的新变型。
图28a和图28b示出了配置802(图8)的结构2802，其中所有装置接收表面和发射表面被定向成垂直于载波芯片1604的顶表面，并且每个输入装置、滤波装置和输出装置的部分被并入载波芯片1604中。结构2802的描述和变型与结构2702的描述和变型相同，除了：对于结构2802而言，结构2702的控制芯片的部件和功能已被集成到载波芯片1604中。对于输入装置104，控制芯片1714的部件和功能，包括波导706的部分，已被集成到载波芯片1604中，从而去除了接触表面1662。可选接收芯片1712通过接触表面1762与载波芯片1604相接，其中接触表面1762提供可选接收芯片1712、载波芯片1604以及波导网络706之间的电光互连。同样，发射芯片1716通过接触表面1764与载波芯片1604相接，其中接触表面1764提供发射芯片1716、载波芯片1604以及波导网络706之间的电光互连。对于滤波装置304，控制芯片1734的部件和功能，包括波导1634的部分，已被集成到载波芯片1604中，从而去除了接触表面1664。接收芯片1732通过接触表面1772与载波芯片1604相接，其中接触表面1772提供接收芯片1732、载波芯片1604以及波导网络1634之间的电光互连。发射芯片1736通过接触表面1774与载波芯片1604相接，其中接触表面1774提供发射芯片1736、载波芯片1604以及波导网络1634之间的电光互连。对于输出装置106，控制芯片1754的部件和功能，包括波导1654的部分，已被集成到载波芯片1604中，从而去除接触表面1666。接收芯片1752通过接触表面1782与载波芯片1604相接，其中接触表面1782提供接收芯片1752、载波芯片1604以及波导网络1654之间的电光互连。同样，可选发射芯片1756通过接触表面1784与载波芯片1604相接，其中接触表面1784提供可选发射芯片1756、载波芯片1604以及波导网络1654之间的电光互连。结构2702的所有变型适用于结构2802。结构2802的任何变型可以组合成结构2802的新变型。
图29a和图29b示出了配置802(图8)的结构2902，其中所有装置接收表面和发射表面被定向成平行于载波芯片1604的顶表面，并且每个输入装置、滤波装置和输出装置的部分被并入载波芯片1604中。结构2902的描述和变型与结构2802的描述和变型相同，除了：可选接收芯片1712、发射芯片1716、接收芯片1732、发射芯片1736、接收芯片1752和可选发射芯片1756被定向成平行于载波芯片1604的顶表面，使得所有接收表面和发射表面被定向为平行于载波芯片1604的顶表面。结构2902类似于结构2602，除了输入装置104、滤波装置304、和输出装置106已被集成到载波芯片1604中。结构2802的所有变型适用于结构2902。结构2902的任何变型可以组合成结构2902的新变型。
图30a和图30b示出了配置802(图8)的结构3002，其中所有装置接收表面和发射表面被定向成平行于载波芯片1604的顶表面，并且所有输入装置、滤波装置和输出装置被并入载波芯片1604中。结构3002的描述和变型与结构2902的描述和变型相同，除了：输入装置104、滤波装置304和输出装置106的所有部件被安装、接合、附接、并入、嵌入或制造在载波芯片1604内，从而去除了可选接收芯片1712、发射芯片1716、接收芯片1732、发射芯片1736、接收芯片1752和可选发射芯片1756。结构2602的所有变型适用于结构3002。结构3002的任何变型可以组合成结构3002的新变型。
图31a和图31b示出了配置802(图8)的结构3102，其中所有装置接收表面和发射表面被定向成垂直于载波芯片1604的顶表面。结构3102的描述和变型与结构2602的描述和变型相同，除了：输入装置104、滤波装置304和输出装置106与载波芯片1604相接，使得可选接收表面1612、发射表面1616、接收表面1632、发射表面1636、接收表面1652和可选发射表面1656被定向成垂直于载波芯片1604的顶表面。结构2602的所有变型适用于结构3102。结构3102的任何变型可以组合成结构3102的新变型。
图32a和图32b示出了配置802(图8)的结构3202，其中所有装置接收表面和发射表面被定向成垂直于载波芯片1604的顶表面，并且所有输入装置、滤波装置和输出装置包括多个堆叠芯片。结构3202的描述和变型与结构3102的描述和变型相同，除了：输入装置104、滤波装置304和输出装置106包括平行于载波芯片1604的顶表面堆叠的多个芯片。输入装置104包括芯片堆2212，芯片堆2212包括可选接收表面1612、波导网络706和发射表面1616。芯片堆2212中的每个芯片包括可选接收表面1612的接收阵列(未示出)的一行或多行、发射表面1616的发射阵列(未示出)的一行或多行、以及波导网络706的必要电光部件和/或部分，以提供输入装置104对于每个芯片内的可选接收表面1612和发射表面1616部分的所需功能，并通过芯片堆2212中各芯片之间的接触表面2262与相邻芯片互连。芯片堆2212中芯片的数量与将可选接收表面1612和发射表面1616构造成输入装置104所需尺寸所需的数量一样。芯片堆2212通过接触表面1662与载波芯片1604相接，如针对结构1604及其变型的输入装置104所述。滤波装置304包括芯片堆2232，芯片堆2232包括接收表面1632、波导网络1634和发射表面1636。芯片堆2232中的每个芯片包括接收表面1632的接收阵列(未示出)的一行或多行、发射表面1636的发射阵列(未示出)的一行或多行、以及波导网络1634的必要电光部件和/或部分，以提供滤波装置304对于每个芯片内的接收表面1632和发射表面1636部分的所需功能，并通过芯片堆2232中各芯片之间的接触表面2264与相邻芯片互连。芯片堆2232中芯片的数量与将接收表面1632和发射表面1636构造成滤波装置304所需尺寸所需的数量一样。芯片堆2212通过接触表面1664与载波芯片1604相接，如针对结构1604及其变型的滤波装置304所述。输出装置106包括芯片堆2252，芯片堆2252包括接收表面1652、波导网络1654和可选发射表面1656。芯片堆2252中的每个芯片包括接收表面1652的接收阵列(未示出)的一行或多行、可选发射表面1656的发射阵列(未示出)的一行或多行、以及波导网络1654的必要电光部件和/或部分，以提供输出装置106对于每个芯片内的接收表面1652和可选发射表面1656的部分的所需功能，并通过芯片堆2252中各芯片之间的接触表面2266与相邻芯片互连。芯片堆2252中芯片的数量与将接收表面1652和可选发射表面1656构造成输出装置106所需尺寸所需的数量一样。芯片堆2252通过接触表面1666与载波芯片1604相接，如针对结构1604及其变型的输出装置106所述。结构3102的所有变型适用于结构3202。结构3202的任何变型可以组合成结构3202的新变型。
图33a和图33b示出了配置802(图8)的结构3302，其中所有装置接收表面和发射表面被定向成垂直于载波芯片1604的顶表面，并且所有输入装置、滤波装置和输出装置包括垂直于载波芯片1604的顶表面堆叠的多个芯片。结构3302的描述和变型与结构3102的描述和变型相同，除了：输入装置104、滤波装置304和输出装置106包括垂直于载波芯片1604的顶表面堆叠的多个芯片。输入装置104包括芯片堆2212，芯片堆2212包括可选接收表面1612、波导网络706和发射表面1616。芯片堆2212中的每个芯片包括可选接收表面1612的接收阵列(未示出)的一列或多列、发射表面1616的发射阵列(未示出)的一列或多列、以及波导网络706的必要电光部件和/或部分，以提供输入装置104对于每个芯片内的可选接收表面1612和发射表面1616部分的所需功能，并通过芯片堆2212中各芯片之间的接触表面2262与相邻芯片互连。芯片堆2212中芯片的数量与将可选接收表面1612和发射表面1616构造成输入装置104所需尺寸所需的数量一样。芯片堆2212通过接触表面1662与载波芯片1604相接，如针对结构1604及其变型的输入装置104所述。滤波装置304包括芯片堆2232，芯片堆2232包括接收表面1632、波导网络1634和发射表面1636。芯片堆2232中的每个芯片包括接收表面1632的接收阵列(未示出)的一列或多列、发射表面1636的发射阵列(未示出)的一列或多列、以及波导网络1634的必要电光部件和/或部分，以提供滤波装置304对于每个芯片内的接收表面1632和发射表面1636部分的所需功能，并通过芯片堆2232中各芯片之间的接触表面2264与相邻芯片互连。芯片堆2232中芯片的数量与将接收表面1632和发射表面1636构造成滤波装置304所需尺寸所需的数量一样。芯片堆2212通过接触表面1664与载波芯片1604相接，如针对构造1604及其变型的滤波装置304所述。输出装置106包括芯片堆2252，芯片堆2252包括接收表面1652、波导网络1654和可选发射表面1656。芯片堆2252中的每个芯片包括接收表面1652的接收阵列(未示出)的一列或多列、可选发射表面1656的发射阵列(未示出)的一列或多列、以及波导网络1654的必要电光部件和/或部分，以提供输出装置106对于每个芯片内的接收表面1652和可选发射表面1656部分的所需功能，并通过芯片堆2252中各芯片之间的接触表面2266与相邻芯片互连。芯片堆2252中芯片的数量与将接收表面1652和可选发射表面1656构建成输出装置106所需尺寸所需的数量一样。芯片堆2252通过接触表面1666与载波芯片1604相接，如针对结构1604及其变型的输出装置106所述。结构3102的所有变型适用于结构3302。结构3302的任何变型可以组合成结构3302的新变型。
图34a和图34b示出了配置802(图8)的结构3402，其中所有装置接收表面和发射表面被定向成平行于载波芯片1604的顶表面，并且所有输入装置、滤波装置、输出装置和自由空间区域被并入载波芯片1604。结构3402的描述和变型与结构3002的描述和变型相同，除了：自由空间108、自由空间308、可选自由空间2408和可选自由空间2458的所有部件被安装、接合、附接、并入、嵌入或制造在载波芯片1604内，其中可选自由空间2408和/或可选自由空间2458可以是区域空气或其他气体(例如氮气)、液体(例如折射率匹配流体)、固体(例如折射率匹配玻璃)或真空，包括零个或多个透镜、分束器、偏振器、波片、波导、光纤、微透镜阵列或其他光学部件。可选自由空间2408提供可选接收阵列1612与载波芯片1604表面之间的光连接，以实现输入装置104与其他装置、配置、结构和/或其变型之间的互连，其中自由空间2408内的所有光学元件与可选接收阵列1612共享公共的光轴。类似地，可选自由空间2458提供可选发射阵列1656与载波芯片1604表面之间的光连接，以实现输出装置106与其他装置、配置、结构和/或其变型之间的互连，其中自由空间2458内的所有光学元件与可选接收阵列1656共享共同光轴。结构3002的所有变型适用于结构3402。结构3402的任何变型可以组合成结构3402的新变型。
图35a和图35b示出了配置802(图8)的结构3502，其中所有装置接收表面和发射表面被定向成垂直于载波芯片1604的顶表面，并且所有输入装置、滤波装置、输出装置和自由空间区域被合并到载波芯片1604。针对结构3502的描述和变型与针对结构3102的描述和变型相同，除了：输入装置104、滤波装置304、输出装置106的所有部件、自由空间108、以及自由空间308被安装、接合、附接、合并、嵌入或制造在载波芯片1604内，从而去除接触表面1662、接触表面1664和接触表面1666。可选的接收表面1612和可选的发射表面1656定位在载波芯片1604的侧表面处，使得其可以选择性地通过自由空间区域、波导、光纤、微透镜阵列或其他光传播介质(未示出)与其他装置、配置、结构和/或其变型互连。结构3102的所有变型适用于结构3502。结构3502的任何变型可以组合成结构3502的新变型。
图36a和图36b示出了配置1002(图10)的结构3602，其中所有装置接收表面和发射表面被定向成平行于载波芯片1604的顶表面。配置1002的所有部件和装置被并入结构3602中。同样，配置1002的描述适用于结构3602，但以下附加细节和描述的部件除外。载波芯片1604提供其自身与输入装置104和/或输出装置106之间的电和/或光互连，其中载波芯片1604可以是印刷电路板、集成芯片、芯片载体、中介层或任何其他电和/或光互联平台。激光器504可以安装、接合、附接、嵌入或制造在载波芯片1604内或载波芯片1604上。光导506和/或可选光导526可以是载波芯片1604上或载波芯片1604内的波导。连接到和/或包括载波芯片1604的所有装置的输入数据、滤波数据、输出数据和控制数据(未示出)可以通过载波芯片数据线1608和载波芯片控制线1610传送到载波芯片1604，其中载波芯片数据线1608和/或载波芯片控制线1610可以是电线(包括但不限于针栅阵列、球栅阵列或其他芯片载体)、光纤、波导、和/或任何其他数据承载或能量传播介质，其端子、连接器和/或连接表面可以位于载波芯片1604的一个或多个表面和/或边缘上。电光网络1674可以承载整个载波芯片1610与载波芯片数据线1608、载波芯片控制线1610之间的电信号和/或光信号、和/或去往/来自输入装置104、滤波装置304和/或输出装置106的电信号和/或光信号，其中电光网络1674可以包括电线、光纤、波导和/或任何其他数据和/或能量传播介质。输入装置104在电和/或光接触表面1662处连接到载波芯片1604，其中接触表面1662是输入装置104与载波芯片1604之间的物理界面，并且可以从载波芯片1604向输入装置104提供功率、电、光、和/或控制数据。可以通过连接到电光网络1674的输入数据线508和输入控制线510经由接触表面1662将输入和控制数据(未示出)提供给输入装置104。输出装置106在电和/或光接触表面1666处连接到载波芯片1604，其中接触表面1666是输出装置106与载波芯片1604之间的物理界面，并且可以从载波芯片1604向输出装置106提供功率、电、光和/或控制数据。可以通过输出数据线528经由接触表面1662从输出装置106接收输出数据(未示出)，并且可以通过输出控制线530经由接触表面1662向输出装置106传送或从输出装置106接收控制数据(未示出)，其中输出数据线528和输出控制线530都连接到电光网络1674。载波芯片1604可以对通过电光网络1674传送的任何数据执行预处理或后处理，包括但不限于对由光波导传播的光的调制和/或对电光网络1674中电线传播的电信号的数学运算。如针对配置1002及其变型所述的输入装置104内光的传播和/或调制发生在波导网络706内。可以由输入装置104经由可选接收表面1612和/或通过接触表面1662接收输入数据(未示出)，其中可选接收表面1612包括耦合至波导网络706的光波导阵列，该光波导阵列被布置成如针对装置5604(图56至图58)的波导阵列所述的任何配置和/或变型。同样，输入装置104包括发射表面1616，其将由波导网络706传播和/或在波导网络706内调制的光发射到自由空间108中，其中发射表面1616包括耦合至波导网络706的光波导阵列，该光波导阵列被布置成如针对装置5604(图56至图58)的波导阵列所述的任何配置和/或变型。针对配置1002及其变型描述的输出装置106内的光的传播、调制和/或检测发生在波导网络1654内。输出装置106可以通过接收表面1652接收输出数据(未示出)，其中接收表面1652包括耦合至波导网络1654的光波导阵列，该光波导阵列被布置成如针对装置5604(图56至图58)的波导阵列所描述的配置和/或变型。同样，输出装置106可以包括可选发射表面1656，其发射由波导网络1654传播和/或在波导网络1654内调制的光，其中发射表面1656包括耦合至波导网络1654的光波导阵列，该光波导阵列被布置成如针对装置5604(图56至图58)的波导阵列所描述的配置和/或变型。
在结构3602的一个变型中，输入装置104具有可选接收表面1612，该可选接收表面1612的接收阵列耦合至提供输入数据(例如来自另一光学系统)的装置外波导或波导阵列(未示出)，其中接收表面1612的接收阵列中可以有任意数量的波导。在结构3602的第二变型中，输入装置104具有可选接收表面1612，其接收阵列耦合至提供输入数据(例如来自另一光学系统)的装置外光纤或光纤阵列(未示出)，其中接收表面1612的接收阵列中可以有任意数量的波导。在结构3602的第三变型中，输入装置104具有可选接收表面1612，其接收阵列耦合至提供输入数据(例如来自另一光学系统)的自由空间(未示出)，其中接收表面1612的接收阵列可以具有任意数量的波导。在结构3602的第四变型中，输入装置104具有如结构3602的第一、第二和/或第三变型中所述的可选接收表面1612，并且针对输入装置104的输入数据仅通过接收表面1612接收。结构3602的第五变型中，输入装置104具有如结构3602的第一、第二和/或第三变型中所述的可选接收表面1612，并且针对输入装置104的输入数据通过接收表面1612和/或输入数据线508接收。在结构3602的第六变型中，输入装置104不具有可选接收表面1612，并且仅通过输入数据线508从载波芯片1604提供输入数据。在结构3602的第七变型中，输出装置106具有可选发射表面1656，其发射阵列耦合至装置外波导或波导阵列(未示出)以提供输出数据，例如提供给另一光学系统，其中发射表面1656的发射阵列中可以具有任意数量的波导。在结构3602的第八变型中，输出装置106具有可选发射表面1656，其发射阵列耦合至装置外光纤或光纤阵列(未示出)以提供输出数据，例如提供给另一光学系统，其中发射表面1656的发射阵列中可以具有任意数量的波导。在结构3602的第九变型中，输出装置106具有可选发射表面1656，其发射阵列耦合至自由空间(未示出)以提供输出数据，例如提供给另一光学系统，其中发射表面1656的发射阵列中可以具有任意数量的波导。在结构3602的第十变型中，输出装置106具有如结构3602的第七、第八和/或第九变型中所述的可选发射表面1656，并且针对输出装置106的输入数据仅通过发射表面1656接收。在结构3602的第十一变型中，输出装置106具有如结构3602的第七、第八和/或第九变型中所述可选发射表面1656，并且通过发射表面1656和/或输出数据线528传送输出装置106的输出数据。在结构3602的第十二变型中，输出装置106不具有可选发射表面1656，并且仅通过输出数据线528向载波芯片1604传送输出数据。在结构3602的第十三变型中，其可以与构造3602的第一变型至第十二变型中任一变型或其他变型组合，基本配置替换为配置1102(图11)，其中存在仅一个激光源，耦合至波导网络706的内部装置上激光器704，以及可选的参考光导526可以通过可选的波导耦合器708耦合至波导网络706。在结构3602的第十四变型中，其可以与结构3602的第一变型至第十二变型中任一变型或其他变型组合，基本配置替换为配置1502(图15)，其中不存在配置激光源，可选的参考光导526可以通过可选波导耦合器708耦合至波导网络706。结构3602的任何变型可以组合成结构3602的新变型。
图37a和图37b示出了配置1002(图10)的结构3702，其中所有装置接收表面和发射表面被定向成垂直于载波芯片1604的顶表面。结构3702的描述和变型与结构3602的描述和变型相同，除了：输入装置和输出装置被分为多个子装置芯片。输入装置104包括基控制芯片1714、可选接收芯片1712和发射芯片1716。基控制芯片1714包括波导706并通过接触表面1662与载波芯片1604相接。可选接收芯片1712包括可选的接收表面1612并通过接触表面1762与基控制芯片1714相接，其中接触表面1762提供可选接收芯片1712和基控制芯片1714之间的电光互连。同样，发射芯片1716包括发射表面1616并且通过接触表面1764与基控制芯片1714相接，其中接触表面1764提供发射芯片1716与基控制芯片1714之间的电光互连。输出装置106包括基控制芯片1754、接收芯片1752和可选发射芯片1756。基控制芯片1754包括波导1654并通过接触表面1666与载波芯片1604相接。接收芯片1752包括接收表面1652并通过接触表面1782与基控制芯片1754相接，其中接触表面1782提供接收芯片1752与基控制芯片1754之间的电光互连。同样，可选发射芯片1756包括可选发射表面1656并且通过接触表面1784与基控制芯片1754相接，其中接触表面1784提供可选发射芯片1756与基控制芯片1754之间的电光互连。结构3602的所有变型适用于结构3702，但以下内容除外。具有可选接收表面1612的结构3702的任何变型也将具有可选接收芯片1712，并且不具有可选接收表面1612的任何变型将不具有可选接收芯片1712。同样，具有可选发射表面1656的结构3702的任何变型也将具有可选发射芯片1756，并且不具有可选发射表面1656的任何变型将不具有可选接收芯片1756。结构3702的任何变型可以组合成结构3702的新变型。
图38a和图38b示出了配置1002(图10)的结构3802，其中所有装置接收表面和发射表面被定向成垂直于载波芯片1604的顶表面，并且每个输入装置和输出装置的部分被并入载波芯片1604中。结构3802的描述和变型与结构3702的描述和变型相同，除了：对于结构3802而言，结构3702的控制芯片的部件和功能已被集成到载波芯片1604中。对于输入装置104，控制芯片1714的部件和功能，包括波导706的部分，已被集成到载波芯片1604中，从而去除了接触表面1662。可选接收芯片1712通过接触表面1762与载波芯片1604相接，其中接触表面1762提供可选接收芯片1712、载波芯片1604以及波导网络706之间的电光互连。同样，发射芯片1716通过接触表面1764与载波芯片1604相接，其中接触表面1764提供发射芯片1716、载波芯片1604以及波导网络706之间的电光互连。对于输出装置106，控制芯片1754的部件和功能，包括波导1654的部分，已被集成到载波芯片1604中，从而去除了接触表面1666。接收芯片1752通过接触表面1782与载波芯片1604相接，其中接触表面1782提供接收芯片1752、载波芯片1604以及波导网络1654之间的电光互连。同样，可选发射芯片1756通过接触表面1784与载波芯片1604相接，其中接触表面1784提供可选发射芯片1756、载波芯片1604以及波导网络1654之间的电光互连。结构3702的所有变型适用于结构3802。结构3802的任何变型可以组合成结构3802的新变型。
图39a和图39b示出了配置1002(图10)的结构3902，其中所有装置接收表面和发射表面被定向成平行于载波芯片1604的顶表面，并且每个输入装置和输出装置的部分被并入载波芯片1604中。构造3902的描述和变型与结构3802的描述和变型相同，除了：可选接收芯片1712、发射芯片1716、接收芯片1752和可选发射芯片1756被定向成平行于载波芯片1604的顶表面，使得所有接收表面和发射表面被定向成平行于载波芯片1604的顶表面。结构3902类似于结构3602，除了输入装置104和输出装置106的部分已被集成到载波芯片1604中。结构3802的所有变型适用与结构3902。结构3902的任何变型可以组合成结构3902的新变型。
图40a和图40b示出了配置1002(图10)的结构4002，其中所有装置接收表面和发射表面被定向成平行于载波芯片1604的顶表面，并且所有输入装置和输出装置被并入载波芯片1604中。结构4002的描述和变型与结构3902的描述和变型相同，除了：输入装置104和输出装置106的所有部件被安装、接合、附接、并入、嵌入或制造在载波芯片1604内，从而去除了可选接收芯片1712、发射芯片1716、接收芯片1752和可选发射芯片1756。结构3602的所有变型适用于结构4002。结构4002的任何变型可以组合成结构4002的新变型。
图41a和图41b示出了配置1002(图10)的结构4102，其中所有装置接收表面和发射表面被定向成垂直于载波芯片1604的顶表面。结构4102的描述和变型与构造3602的描述和变型相同，除了：输入装置104和输出装置106与载波芯片1604相接，使得可选接收表面1612、发射表面1616、接收表面1652和可选发射表面1656被定向成垂直于载波芯片1604的顶表面。结构3602适用于结构4102。结构4102的任何变型可以组合成结构4102的新变型。
图42a和图42b示出了配置1002(图10)的结构4202，其中所有装置接收表面和发射表面被定向成垂直于载波芯片1604的顶表面，并且所有输入装置和输出装置包括多个堆叠芯片。结构4202的描述和变型与结构4102的描述和变型相同，除了：输入装置104和输出装置106包括平行于载波芯片1604的顶表面堆叠的多个芯片。输入装置104包括芯片堆2212，芯片堆2212包括可选接收表面1612、波导网络706和发射表面1616。芯片堆2212中的每个芯片包括可选接收表面1612的接收阵列(未示出)的一行或多行、发射表面1616的发射阵列(未示出)的一行或多行、以及波导网络706的必要电光部件和/或部分，以提供输入装置104对于每个芯片内的可选接收表面1612和发射表面1616部分的所需功能，并通过芯片堆2212中各芯片之间的接触表面2262与相邻芯片互连。芯片堆2212中芯片的数量与将可选接收表面1612和发射表面1616构造成输入装置104所需尺寸所需的数量一样。芯片堆2212通过接触表面1662与载波芯片1604相接，如针对结构1604及其变型的输入装置104所述。输出装置106由包括芯片堆2252，芯片堆2252包括接收表面1652、波导网络1654和可选发射表面1656。芯片堆2252中的每个芯片包括接收表面1652的接收阵列(未示出)的一行或多行、可选发射表面1656的发射阵列的一行或多行、以及波导网络1654的必要电光部件和/或部分，以提供输出装置106对于每个芯片内的接收表面1652和可选发射表面1656部分的所需功能，并通过芯片堆2252中各芯片之间的接触表面2266与相邻芯片互连。芯片堆2252中芯片的数量与将接收表面1652和可选发射表面1656构造成输出装置106所需尺寸所需的数量一样。芯片堆2252通过接触表面1666与载波芯片1604相接，如针对结构1604及其变型的输出装置106所述。结构4102的所有变型适用于结构4202。结构4202的任何变型可以组合成结构4202的新变型。
图43a和图43b示出了配置1002(图10)的结构4302，其中所有装置接收表面和发射表面被定向成垂直于载波芯片1604的顶表面，并且所有输入装置和输出装置包括垂直于载波芯片1604的顶表面堆叠的多个芯片。结构4302的描述和变型与结构4102的描述和变型相同，除了：输入装置104和输出装置106包括垂直于载波芯片1604的顶表面堆叠的多个芯片。输入装置104包括芯片堆2212，芯片堆2212包括可选接收表面1612、波导网络706和发射表面1616。芯片堆2212中的每个芯片包括可选接收表面1612的接收阵列(未示出)的一列或多列、发射表面1616的发射阵列(未示出)的一列或多列、以及波导网络706的必要电光部件和/或部分，以提供输入装置104对于每个芯片内的可选接收表面1612和发射表面1616部分的所需功能，并通过芯片堆2212中各芯片之间的接触表面2262与相邻芯片互连。芯片堆2212中芯片的数量与将可选接收表面1612和发射表面1616构造成输入装置104所需尺寸所需的数量一样。芯片堆2212通过接触表面1662与载波芯片1604相接，如针对结构1604及其变型的输入装置104所述。输出装置106包括芯片堆2252，芯片堆2252包括接收表面1652、波导网络1654和可选发射表面1656。芯片堆2252中的每个芯片包括接收表面1652的接收阵列(未示出)的一列或多列、可选发射表面1656的发射阵列(未示出)的一列或多列、以及波导网络1654的必要电光部件和/或部分，以提供输出装置106对于每个芯片内的接收表面1652和可选发射表面1656部分的所需功能，并通过芯片堆2252中各芯片之间的接触表面2266与相邻芯片互连。芯片堆2252中芯片的数量与将接收表面1652和可选发射表面1656构造成输出装置106所需尺寸所需的数量一样。芯片堆2252通过接触表面1666与载波芯片1604相接，如针对结构1604及其变型的输出装置106所述。结构4102的所有变型适用于结构4302。结构4302的任何变型可以组合成结构4302的新变型。
图44a和图44b示出了配置1002(图10)的结构4402，其中所有装置接收表面和发射表面被定向成平行于载波芯片1604的顶表面，并且所有输入装置、输出装置和自由空间区域被并入载波芯片1604中。结构4402的描述和变型与结构4002的描述和变型相同，除了：自由空间108、可选自由空间2408和可选自由空间2458的所有部件被安装、接合、附接、并入、嵌入或制造在载波芯片1604内，其中可选自由空间2408和/或可选自由空间2458可以是区域空气或其他气体(例如氮气)、液体(例如折射率匹配流体)、固体(例如折射率匹配玻璃)、或真空，包括零个或多个透镜、分束器、偏振器、波片、波导、光纤、微透镜阵列或其他光学部件。可选自由空间2408提供可选接收阵列1612与载波芯片1604表面之间的光连接，以实现输入装置104与其他装置、配置、结构和/或其变型之间的互连，其中自由空间2408内的所有光学元件与可选接收阵列1612共享公共光轴。类似地，可选自由空间2458提供可选发射阵列1656与载波芯片1604表面之间的光连接，以实现输出装置106与其他装置、配置、结构和/或其变型之间的互连，其中自由空间2458内的所有光学元件与可选接收阵列1656共享公共光轴。结构4002的所有变型适用于结构4402。结构4402的任何变型可以组合成结构4402的新变型。
图45a和图45b示出了配置1002(图10)的结构4502，其中所有装置接收表面和发射表面被定向成垂直于载波芯片1604的顶表面，并且所有输入装置、输出装置和自由空间区域被并入载波芯片1604中。结构4502的描述和变型与结构4102的描述和变型相同，除了：输入装置104、输出装置106和自由空间108的所有部件被安装、接合、附接、并入、嵌入或制造在载波芯片1604内，从而去除了接触表面1662和接触表面1666。可选接收表面1612和可选发射表面1656被定位在载波芯片1604的侧表面处，使得其可以选择性地通过自由空间区域、波导、光纤、微透镜阵列或其他光传播介质(未示出)与其他装置、配置、结构和/或其变型互连。
结构4102的所有变型适用于结构4502。结构4502的任何变型可以组合成结构4502的新变型。
图5至图15中所示的配置的可能结构不限于图16a至图45b所示的结构，而是可以根据元件、部件、装置和/或系统的数量、物理尺寸，和/或通过元件、部件、装置和/或系统的布局和/或定位而具有各种结构，以例如提高制造效率和/或使结构满足外形要求，包括但不限于更紧凑和/或模块化设计。同样，所示配置的可能结构在其外部接口和/或封装方面可能与所示构造不同，以支持在可能结构的任何表面和/或面上与另一装置、系统、配置和/或结构的电气和/或光学互连，其中可能的结构可以包括但不限于零个或多个电线、引脚和/或焊盘、光纤、波导、耦合器和/或任何其他光或能量传播介质和/或连接器以便于这种互连。
所有可能的结构、配置、系统、装置和/或其变型可以连接到复杂系统中以执行各种任务，其中在给定的复杂系统中可以存在任意数量的连接结构、配置、系统、装置和/或其变型。数据可以作为电信息和/或光信息进入和/或离开复杂系统，其中以给定形式(即编码、压缩、调制或其他方式)或通过给定载体类型(即电、光或其他)进入复杂系统的数据不需要以相同的形式或载体类型离开复杂系统。同样，复杂系统内的数据可以在处理期间随着数据在复杂系统的部件之间移动而在电域和/或光域之间移动，其中数据可能经历修改并且可能调制其他数据和/或信号，和/或被其他数据和/或信号调制。
图46示出了复杂系统4604，其是具有一个或多个子系统部件(未示出)的通用复杂光系统，其中子系统部件可以是任何和/或可能的复杂光系统、结构、配置、系统、装置和/或其变型。子系统部件(未示出)可以通过电线、光纤、波导、自由空间区域(包括但不限于真空、气体、液体或固体自由空间区域)和/或任何其他数据承载或能量传播介质(未显示)互连。通过互连4614接收输入数据并通过互连4615输出该输入数据，其中互连4614-4615可以是一个或多个电线、光纤、波导、自由空间区域(包括但不限于真空、气体、液体或固体自由空间区域)和/或任何其他数据承载或能量传播介质。互连4614和互连4615不需要包括相同类型或数量的数据或能量传播部件。复杂系统4604可以是但不限于：具有安装、接合、附接和/或连接到其表面的子系统组件(未示出)的印刷电路板；具有安装、接合、附接、嵌入和/或制造在其表面内或表面上的子系统部件(未显示)的芯片；或根据对复杂系统4604需求的贡献相关联的离散子系统部件(未示出)的集合，其中这些离散子系统部件(未显示)可以在物理上彼此远离。
图47示出了复杂系统4704，其是复杂系统4604的一种具有四个子系统组件的可能配置。子系统4711至4714可以是通过互连4722-4724连接的任何和/或可能的结构、配置、系统、装置和/或其变型，其中互连4722-4724可以是一个或多个电线、光纤、波导、自由空间区域(包括但不限于真空、气体、液体或固体自由空间区域)和/或任何其他数据承载或能量传播介质。通过互连4721接收输入数据并通过互连4725-4526输出该输入数据，其中互连4721和/或互连4725-4726可以是一个或多个电线、光纤、波导、自由空间区域(包括但不限于真空、气体、液体或固体自由空间区域)和/或任何其他数据承载或能量传播介质。
各种形式的光信息处理系统(包括但不限于其装置、配置、结构、复杂系统和/或其变型中的一个或多个)可以用来替代给定的信息处理、分析、和/或学习应用装置和/或系统的一些或全部，所述应用装置和/或系统包括但不限于为人工智能、模式识别(音频、图像、视频等)、数据预处理/后处理、高频交易、信息和计算机安全、加密和/或解密、压缩和/或解压缩、编码和/或解码、和/或传统计算系统装置和/或部件设计的应用装置和/或系统，包括但不限于完全替代传统的电子计算系统。
对于传统的计算系统部件，光信息处理系统可用于替代电、光或电光联网系统、存储系统和/或数据处理系统，作为光网络系统、光存储系统和光信息处理系统，其中这些系统的任何组合可用于创建光学计算系统。光学计算系统的变型具有用于与其他计算系统通信的电气和/或光学数据通信系统。
图48示出了计算机外围装置4802，其是结合了复杂光学系统的示例计算机外围装置。印刷电路板4804可以支持复杂系统4806、处理器4808、可选的存储器4820-4822、可选的光联网连接器4830-4831和可选的电联网连接器4840-4841并将其电互连和/或光互连，其中这种互连是通过一个或多个电线、光纤、波导、自由空间区域(包括但不限于真空、气体、液体或固体自由空间区域)和/或任何其他数据承载或能量传播介质实现。复杂系统4806可以电气地和/或光地安装、接合、附接和/或连接至印刷电路板4804，其中复杂系统4806可以是复杂系统4604(图46)的任何变型或配置。输入和/或输出数据可以通过可选的光联网连接器4830-4831、可选的电联网连接器4840-4841和/或电计算机连接器4810传输到计算机外围装置4802和/或从计算机外围设备4802传输。复杂系统4806可以通过可选的光联网连接器4830-4831、可选的电联网连接器4840-4841、电计算机连接器4810、可选的存储器4820-4822和/或处理器4808传输数据接收和/或传输数据，其中复杂系统4806可以通过光纤、波导和/或其他光传播介质直接连接到可选的光联网连接器4830-4831。除了所示部件和/或装置之外，印刷电路板4804上还可以有附加的部件和/或装置。同样，部件在印刷电路板4804上的相对定位可以与所示出的不同。
在计算机外围装置4802的一种变型中，不存在可选的光联网连接器4830-4831，并且仅通过可选的电联网连接器4840-4841和/或电计算机连接器4810传输数据。在计算机外围装置4802的第二变型中，不存在可选的电联网连接器4840-4841，并且仅通过可选的光联网连接器4830-4831和/或电计算机连接器4810传输数据。在计算机外围装置4802的第三变型中，不存在可选的光联网连接器4830-4831，也不存在可选的电联网连接器4840-4841，并且仅通过电计算机连接器4810传输数据。在计算机外围装置4802的第四变型中，不存在可选的存储器4820-4822，并且复杂系统4806和/或处理器4808具有必要的存储和/或数据延迟能力以支持计算机外围装置4802的功能需求。计算机外围装置的第五变型4802是第四变型与第一至第三变型中任一个的组合。
图49示出了计算机外围装置4902，即，电处理器和/或存储器部件的功能已经集成到复杂系统4906中的示例计算机外围装置。计算机外围装置4902的描述和变型与针对计算机外围装置4802的描述和变型相同，除了由处理器4808和/或可选存储器4820-4822提供的功能已经集成到复杂系统4906中之外，其中复杂系统4906可以是复杂系统4604(图46)的任何变型或配置。图50示出了计算机主板5002，即，结合了复杂光学系统的示例计算机主板。印刷电路板5004可以保持并且电互连和/或光学互连复杂系统5006、处理器5008、存储器5020、可选的电外围连接器5050-5053、可选的输入/输出端口5060，其中这种互连是通过一个或多个电线、光纤、波导、自由空间区域(包括但不限于真空、气体、液体或固体自由空间区域)和/或任何其他数据承载或能量传播介质。复杂系统5006可以电和/或光学安装、结合、附接和/或连接到印刷电路板5004，其中复杂系统5006可以是复杂系统4604(图46)的任何变型或配置。复杂系统5006可以通过处理器5008、存储器5020、可选的PCI连接器5050-5053和/或可选的输入/输出端口5060接收和/或传输数据。另外，除了所示出的那些之外，印刷电路板5004上可以有额外的部件和/或装置。同样，部件在印刷电路板5004上的相对定位可能与所示出的不同。
在计算机主板5002的一个变型中，存在一个或多个可选的电外围连接器5050-5053。在计算机主板5002的第二变型中，没有可选的电气外围连接器5050-5053。在计算机主板5002的第三变型中，没有可选的输入/输出端口5060。计算机主板5002的第四变型将变型三与变型一或变型二结合。
图51示出了智能手机主板5102，即，结合了复杂光学系统的示例智能手机主板。印刷电路板5104可以保持和电互连和/或光学互连复杂系统5106、处理器5108、存储器5120和相机5170，其中，这种互连是通过一个或多个电线、光纤、波导、自由空间区域(包括但不限于真空、气体、液体或固体自由空间区域)和/或任何其他数据承载或能量传播介质。复杂系统5106可以电和/或光学安装、结合、附接和/或连接到印刷电路板5104，其中复杂系统5106可以是复杂系统4604(图46)的任何变型或配置。复杂系统5106可以通过处理器5108、存储器5120和/或相机5170接收和/或传输数据，其中复杂系统5106可以通过电线、光纤、波导和/或其他光传播或能量传播介质直接连接到相机5170。除了所示的那些之外，印刷电路板5104上还可以有额外的组件和/或装置。同样，部件在印刷电路板5104上的相对定位可能与所示出的不同。
图52示出了电光处理器5202，即，结合了电处理单元和复杂光学系统的示例处理器。载波芯片5204可以保持并且电互联和/或光学互联复杂系统5206和处理器5208，其中，这种互连是通过一个或多个电线、光纤、波导、自由空间区域(包括但不限于真空、气体、液体、或固体自由空间区域)和/或任何其他数据承载或能量传播介质。复杂系统5206可以电和/或光学安装、结合、附接、连接、嵌入或制造在载波芯片5204内或载波芯片5204上，其中复杂系统5206可以是复杂系统4604(图46)的任何变型或配置。类似地，处理器5208可以电和/或光学安装、结合、附接、连接、嵌入或制造在载波芯片5204内或上，其中处理器5208可以包括一个或多个电子中央处理单元、图形处理单元和/或存储器部件。载波芯片5204可以是印刷电路板、集成芯片、芯片载体、插入器或任何其他电气和/或光学互连平台。载波芯片5204可以具有电线(包括但不限于针栅阵列、球栅阵列或其他芯片载体)、光纤、波导和/或任何其他数据承载或能量传播介质，其端子、连接器和/或连接表面可以定位在载波芯片5204的一个或多个表面和/或边缘上，以促进与印刷电路板、插座、装置和/或其他系统的连接。除了所示的那些之外，载波芯片5204上还可以有额外的部件和/或装置。同样，部件在印刷电路板5204上的相对定位可以与所示出的不同。
图53示出了计算机主板5302，即，结合有电光处理器的示例计算机主板。计算机主板5302的描述和变型与针对计算机主板5002的描述和变型相同，除了来自计算机主板5002的处理器5008和复杂系统5006已替换为电光处理器5307之外，其中电光处理器5307可以是任何电光处理器5202(图52)的变型或配置。
图54示出了电光主板5402，即，结合了复杂光学系统的示例电光计算机主板。载波芯片5404可以保持并且电互连和/或光学互连复杂系统5406、可选的光学联网连接器5430-5431和可选的电联网连接器5440-5441，其中这种互连是通过一根或更多根电线、光纤、波导、自由空间区域(包括但不限于真空、气体、液体或固体自由空间区域)和/或任何其他数据承载或能量传播介质。复杂系统5406可以电和/或光学安装、结合、附接、连接、嵌入或制造在载波芯片5404内或载波芯片5404上，其中复杂系统5406可以是复杂系统4604(图46)的任何变型或配置。输入和/或输出数据可以通过可选的光学联网连接器5430-5431和/或可选的电联网连接器5440-5441传输到电光主板5402和/或从电光主板5402传输。复杂系统5406可以通过可选的光学联网连接器5430-5431和/或可选的电联网连接器5440-5441接收和/或传输数据，其中复杂系统5406可以通过光纤、波导和/或其他光传播介质直接连接到可选的光学联网连接器5430-5431。载波芯片5404可以是印刷电路板、集成芯片、芯片载体、插入器或任何其他电气和/或光学互连平台。除了所示的那些之外，载波芯片5404上还可以有额外的部件和/或装置。同样，载波芯片5404上的部件的相对定位可以与所示出的不同。
在电光主板5402的一种变型中，没有可选的光学联网连接器5430-5431并且数据仅通过可选的电联网连接器5440-5441被传输。在电光主板5402的第二变型中，没有可选的电联网连接器5440-5441，并且数据仅通过可选的光联网连接器5430-5431被传输。
图55示出电光高性能计算系统5502，即，连接的电和/或电光计算机服务器的服务器机架。服务器机架5504包含计算机服务器5580-5586，其中计算机服务器5580-5586可以是传统的电子计算机服务器或结合有电光主板的电光计算机服务器，例如图50、图53和图54所示的那些。计算机服务器5580-5586通过电气和/或光学联网线缆连接在一起和/或连接到外部计算机系统。除了所示的那些之外，服务器机架5504中可以有额外的和/或更少的计算机服务器、部件和/或装置。同样，服务器机架5504中的计算机服务器和部件的相对定位可以与所示出的不同。
复杂系统和装置，例如图46至图55所示的那些，可以用于许多不同的应用，包括但不限于人工智能、模式识别(音频、图像、视频等)、数据预处理/后处理、高频交易、信息和计算机安全、加密和/或解密、压缩和/或解压缩、编码和/或解码、和/或传统的计算系统装置和/或部件功能，其中充分复杂的系统可以完全替代传统的电子计算系统。
使用复杂的光信息处理系统以用于处理大量信息例如用于图像处理和/或人工智能应用有若干潜在的优势，其中光信息处理系统有潜力通过以下操作来以与处理低分辨率图像数据相同的速率处理高分辨率图像数据：通过消除对于传统的电子处理器硬件或专用Al芯片而言不可行的图像缩放、采样和/或压缩(仅受光处理系统的波导阵列尺寸限制)的要求。此外，如果复杂光学系统旨在处理全分辨率图像(即给定相机的全分辨率图像或视频数据)，那么这样的复杂系统可以在没有任何池化(pooling)的情况下用于深度学习应用。在电子芯片和装置上实现的传统深度学习模型需要池化和低分辨率张量/矩阵运算，因为可行硬件设计的限制使其在高分辨率下效率低下，而复杂的光学系统无论分辨率和/或矩阵尺寸如何都是高效的(仅受光处理系统的波导发射和/或接收阵列尺寸限制)。
复杂系统阵列尺寸将根据目标平台约束而有所不同。对于智能手机复杂系统，例如图1所示的系统。如图51所示，阵列的直径可以在4到6毫米之间，这对于1μm的像素间距(如前文关于设计波长为1550nm的绝缘体上硅波导阵列所述)而言将给出在4000x4000到6000x6000像素之间的分辨率范围。当受系统的电光部件(如前关于调制和光电检测部件所述)的在20MHz与30GHz之间的工作速度限制时，复杂系统的数据吞吐量将在320TB/s与480PB/s之间(对于4mm阵列而言)，以及在720TB/s与1EB/s之间(所有计算均假设每个波导具有10位数据分辨率)。然而，对于较大的复杂系统，例如为在如图48和图49所示的计算机外围设备上使用而设计的复杂系统，阵列的直径在20到40毫米之间，对于1μm的像素间距而言，这将给出在20000x20000到40000x40000像素之间的分辨率范围。当受系统的电光部件的在20MHz与30GHz之间的操作速度约束时，复杂系统的数据吞吐量将在8PB/s与12EB/s之间(对于4mm阵列而言)，以及在32PB/s与48EB/s之间(所有计算均假设每个波导具有10位数据分辨率)。这样的分析只是一个例子，并不是为了限制所描述的复杂系统的范围，而是为了说明给定设计假设的潜在操作速率。
同样，小型和大型阵列系统可能针对不同的用例，例如用于人工智能应用，其中大型阵列系统可以用于训练系统，而小型阵列系统可以用于推理系统。
为了人工智能应用，例如深度学习，可以将光信息处理系统以4f系统配置用作光学卷积系统，以在卷积神经网络中执行卷积和反卷积操作，其中光学4f系统实际上是深度学习神经网络的单个卷积、反卷积和/或非线性层。更复杂的光学系统可以通过将多个层链接在一起(即多个装置、系统、配置、构造、复杂系统和/或它们的变型)来构建，其中足够复杂的系统可以完全实现整个光学神经网络。可以使用更复杂的系统来执行卷积/反卷积和非线性(例如ReLU)操作。更复杂的系统可用于执行卷积/反卷积、非线性运算和其他数学运算，例如加法和乘法。更复杂的系统可以从传感器获取原始输入并作为人工神经网络光信息处理系统来直接处理信息，并以电气和/或光学地输出决策，操纵外部装置和/或将信息传递给另外的电气和/或光学计算系统。
为了模式识别，可以将光信息处理系统以4f系统配置用作互相关系统，以在一个或多个数据或数据集之间执行互相关。更复杂的系统可以用作模式识别光信息处理系统，以通过峰值检测算法或与人工智能系统的变型一起处理互相关输出并识别匹配。
为了高频交易，可以将人工神经网络光信息处理系统配置为光学高频交易决策系统，以使用利用历史和模拟交易数据训练的逻辑进行交易决策。在决策过程中，可以使用更复杂的系统来执行多个数据源之间的差分和比较操作。可以使用更复杂的系统来检测和适应随时间变化的交易模式。可以使用更复杂的系统来启发式地学习竞争对手的交易算法并对其做出反应。更复杂的系统可以组合任意数量的光学高频交易决策系统的任何变型，以创建一个更鲁棒的决策系统。更复杂的系统将人工神经网络光信息处理系统的任何变型与光学计算系统的任何变型相结合，以创建全光高频交易系统。
为了信息和计算机安全，可以将人工神经网络光信息处理系统配置为光信息安全系统，以分析传感器、网络和内存存储系统间接或直接提供的信息，以执行网络、计算机和系统的安全和防御操作、认证和授权操作以及其他信息安全任务。
为了数据预处理/后处理，可以将光信息处理系统配置为光学数据处理系统，以执行各种数学运算来预处理和/或后处理信息，以供其他光信息处理系统变型和/或计算机系统使用，例如缩放、过滤、分割等。
为了加密/解密，可以将光信息处理系统和/或人工神经网络光信息处理系统配置为光学加密/解密系统。
为了压缩/解压缩，可以将光信息处理系统和/或人工神经网络光信息处理系统配置为压缩/解压缩系统。
为了编码/解码，可以将光信息处理系统和/或人工神经网络光信息处理系统配置为编码/解码系统。
在某些方面，术语“通信”应作广义解释，包括单向通信和任何数量的潜在通信类型，例如双向通信。它可以简单地包括数据、信号或(当指代光通信时)光从第一光学元件到另一光学元件的传送。

Claims (57)

1.一种空间光调制SLM装置，包括：
一个或多个光输入，
一个或多个光输出，
多个波导，其被布置成接收器和/或发射器阵列，其中，每个波导耦合至一个或多个光输入，以及
至少一个光调制元件，其用于对穿过所述多个波导中的至少一个波导的光进行调制，其中，所述波导和所述光调制元件集成在至少一个公共模块中，其中所述光输入或所述光输出中之一与由真空、气体、液体和/或固体介质部分占据的自由空间区域相接。
2.根据权利要求1所述的SLM装置，其中，所述模块具有电光互连，用于连接到处理系统。
3.根据权利要求1或2所述的SLM装置，其中，所述至少一个光调制元件与所述多个波导中的所述至少一个波导成一直线。
4.根据前述权利要求中任一项所述的SLM装置，其中，所述至少一个光调制元件是与所述多个波导中的所述至少一个波导相邻的波导。
5.根据前述权利要求中任一项所述的SLM装置，其中，所述至少一个光调制元件围绕所述多个波导中的所述至少一个波导。
6.根据前述权利要求中任一项所述的SLM装置，其中，所述至少一个光调制元件包括下述中的一者或更多：热光移相器、电光聚合物、至少一个增益部件、和/或渐逝耦合泵放大器。
7.根据前述权利要求中任一项所述的SLM装置，其中，所述光输入在装置外并且经由分支元件耦合至所述多个波导中的每个波导。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的SLM装置，所述装置还包括另一波导阵列，其用于将所述光输入分成多个光路。
9.根据前述权利要求中任一项所述的SLM装置，还包括微透镜阵列，其用于捕获穿过所述多个波导中的至少一个波导后的调制光，并将捕获的调制光投射到由真空、气体、液体和/或固体介质部分占据的自由空间区域。
10.根据前述权利要求中任一项所述的SLM装置，其中，所述多个波导从耦合至所述光输入的单个波导分支出来。
11.根据前述权利要求中任一项所述的SLM装置，其中，所述模块集成了多个波导并且具有光发射表面和/或光接收表面。
12.根据前述权利要求中任一项所述的SLM装置，其中，所述多个波导中的所述至少一个波导具有平面光发射表面和/或平面光接收表面。
13.根据前述权利要求中任一项所述的SLM装置，其中，所述多个波导中的所述至少一个波导具有非平面光发射表面和/或非平面光接收表面。
14.根据前述权利要求中任一项所述的SLM装置，其中，所述SLM装置是自发射的。
15.一种光处理系统，包括多个根据前述权利要求中任一项所述的SLM装置，其中，至少两个SLM装置通过由真空、气体、液体和/或固体介质部分占据的公共自由空间区域相连通。
16.根据权利要求15所述的光处理系统，其中，在所述至少两个SLM装置之间光学地定位有至少一个透镜。
17.根据权利要求15或16所述的光处理系统，其中，所述SLM装置中的至少一个与电光载体相接。
18.根据权利要求15至17中任一项所述的光处理系统，包括焦距为f的至少一个透镜，以及任意数量的附加光学元件。
19.根据权利要求15至17中任一项所述的光处理系统，包括焦距为f的至少一个组件，以及任意数量的附加光学元件。
20.根据权利要求15至17中任一项所述的光处理系统，其中，两个相连装置之间的自由空间的光路长度等于2f。
21.根据权利要求15至17中任一项所述的光处理系统，其中，两个相连装置之间的自由空间的光路长度至少为2f。
22.根据权利要求15至17中任一项所述的光处理系统，其中，两个相连装置之间的自由空间的光路长度满足下述之一或更多：至少为f，小于f，等于f。
23.根据权利要求15至17中任一项所述的光处理系统，其中，三个相继相连装置之间的自由空间的总光路长度等于4f。
24.根据权利要求15至17中任一项所述的光处理系统，其中，三个相继相连装置之间的自由空间的总光路长度至少为4f。
25.根据权利要求15至17中任一项所述的光处理系统，其中三个相继相连装置之间的自由空间的总光路长度满足下述之一或更多：至少为f，小于f，等于f。
26.根据权利要求15至17中任一项所述的光处理系统，其中，所述装置中的一个或多个装置执行光电检测以检测下述中的一者或更多：光的相位；光的振幅；光的偏振；光的强度；光的相位和振幅；光的相位和强度；光的相位和偏振；光的振幅和偏振；光的强度和偏振；可选地能够同时检测强度和偏振；光的相位、振幅和偏振的组合；以及光的相位、强度和偏振的组合。
27.一种光学相关器，包括多个根据权利要求1至14中任一项所述的SLM装置，其中至少两个SLM装置通过由真空、气体、液体和/或固体介质部分占据的公共自由空间区域相连通。
28.一种接收器-发射器SLM装置，包括：
第一多个元件，其被布置成发射器阵列，
第二多个元件，其被布置成接收器阵列；以及
波导阵列，其将所述发射器阵列与所述接收器阵列耦合；
其中，所述发射器阵列、所述接收器阵列和所述波导阵列集成到公共模块中。
29.根据权利要求28所述的接收器-发射器SLM装置，其中，所述模块具有电光互连，用于连接到处理系统。
30.根据权利要求28或29所述的接收器-发射器SLM装置，其中，所述第一多个元件耦合至相应的光纤以允许调制光离开所述装置。
31.根据权利要求28至30中任一项所述的接收器-发射器SLM装置，其中所述第二多个元件耦合至相应的光纤以允许调制光进入所述装置。
32.根据权利要求28至31中任一项所述的接收器-发射器SLM装置，还包括用于对穿过所述至少一个波导的光进行调制的至少一个光调制元件。
33.根据权利要求32所述的接收器-发射器SLM装置，其中，所述至少一个光调制元件与所述至少一个波导成一直线。
34.根据权利要求32或33所述的接收器-发射器SLM装置，其中，所述至少一个光调制元件是与至少一个波导相邻的波导。
35.根据权利要求32至34中任一项所述的接收器-发射器SLM装置，其中，至少一个光调制元件围绕所述至少一个波导的部分或全部。
36.根据权利要求32至35中任一项所述的接收器-发射器SLM装置，其中，至少一个光调制元件包括下述一者或更多：热光调制器、电光调制器、声光调制器、机械调制器，至少一个增益部件；可选地，所述至少一个增益部件包括渐逝耦合泵放大器。
37.根据权利要求28至36中任一项所述的接收器-发射器SLM装置，其中，所述发射器阵列与所述接收器阵列处于同一平面。
38.根据权利要求28至36中任一项所述的接收器-发射器SLM装置，其中，所述发射器阵列处于与所述接收器阵列正交的平面。
39.根据权利要求28至36中任一项所述的接收器-发射器SLM装置，其中，所述发射器阵列处于与所述接收器阵列相对的平面。
40.根据权利要求28至39中任一项所述的接收器-发射器SLM装置，其中，发射器数目等于、大于或小于接收器数目。
41.一种系统，包括至少一个根据前述权利要求中任一项所述的SLM装置以及至少一个根据权利要求28至40中任一项所述的接收器-发射器SLM装置，所述系统被配置成利用所述接收器-发射器SLM装置的接收器阵列接收光，从而提供光输入，其中，自发射空间光调制SLM装置的多个波导从耦合至所述光输入的单个波导分支出来。
42.一种光电检测装置，包括输入阵列、输出阵列、以及光学地布置在所述输入阵列和所述输出阵列之间的多个波导，其中，
所述输入阵列、所述输出阵列与所述多个波导集成在公共模块中，并且设置有光电检测器以将调制光从光域转换到电域。
43.根据权利要求42所述的光电检测装置，还包括至少一个光调制元件，用于对穿过所述多个波导中的至少一个波导的光进行调制。
44.根据权利要求42或43所述的光电检测装置，其中，所述多个波导中的至少一个波导终止于下述之一或其组合：干涉式光电检测器、电光式光电检测器、和/或差分光电探测器。
45.根据权利要求42至44中任一项所述的光电检测装置，其中，一个或多个波导被分成多个检测器以用于测量多种光特性。
46.根据权利要求42至45中任一项所述的光电检测装置，其中，所述光电检测器通过下述一种或多种方式进行光电检测：检测光的相位；检测光的振幅；检测光的偏振；检测光的强度；检测光的相位和振幅；检测光的相位和强度；检测光的相位和偏振；检测光的振幅和偏振；检测光的强度和偏振；可选地同时检测强度和偏振；检测光的相位、振幅和偏振的组合；以及检测光的相位、强度和偏振的组合。
47.一种显示装置，包括根据前述权利要求中任一项所述的SLM装置。
48.一种SLM-光电检测装置，包括
一个或多个光输入；
一个或多个光输出；
多个波导，其被布置成接收器和/或发射器阵列，其中，每个波导耦合至一个或多个光输入；以及
至少一个光调制元件，用于对穿过所述多个波导中的至少一个波导的光进行调制；
其中，所述波导和所述光调制元件集成在至少一个公共模块中，其中所述光输入或所述光输出中之一与由真空、气体、液体和/或固体介质部分占据的自由空间区域相接；
所述装置还包括一个或多个光电检测元件，用于将调制光从光域转换到电域，所述光电检测元件与所述波导的多个波导元件或另外多个波导的多个波导元件一起进行操作；并且所述多个波导元件被布置成形成接收器阵列。
49.根据权利要求48所述的SLM-光电检测装置，其具备根据前述权利要求中任一项所述的特征。
50.一种接收器-发射器-光电检测装置，包括：
第一多个元件，其被布置成发射器阵列，
第二多个元件，其被布置成接收器阵列；以及
至少一个波导，其将所述第一多个元件中的至少一个耦合至所述第二多个元件中的至少一个；
所述装置还包括一个或多个光电检测元件，其用于将调制光从光域转换到电域，所述光电检测元件与所述多个元件中的一个或多个或者使用另外多个其他元件中的一个或多个一起操作；所述多个元件被布置成所述接收器阵列的一部分或者作为另一个接收器阵列。
51.根据权利要求50所述的接收器-发射器-光电检测装置，其具备根据前述权利要求中任一项所述的特征。
52.一种光信息处理系统，包括至少一个根据合适的前述权利要求中任一项所述的SLM装置。
53.一种光信息处理系统，包括至少一个根据合适的前述权利要求中任一项所述的SLM-光电检测装置。
54.一种光信息处理系统，包括至少一个根据合适的前述权利要求中任一项所述的接收器-发射器-光电检测装置。
55.一种光信息处理系统，包括根据合适的前述权利要求中任一项所述的光电检测装置和至少一个接收器-发射器SLM装置。
56.一种光信息处理系统，包括至少一个根据合适的前述权利要求中任一项所述的SLM和光电检测装置。
57.一种光学系统，包括至少一个根据前述权利要求中任一项所述的SLM装置，其中，来自任何给定SLM的发射表面或接收表面中的每个表面与至少一个其他发射表面或接收表面通过由真空、气体、液体和/或固体介质部分占据的自由空间区域共享公共光轴。
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