KR20220087470A

KR20220087470A - 어레이-기반 자유-공간 광학 통신 링크들

Info

Publication number: KR20220087470A
Application number: KR1020227015860A
Authority: KR
Inventors: 에산 샤 호쎄이니; 마이클 로버트 왓츠
Original assignee: 아날로그 포토닉스, 엘엘씨
Priority date: 2019-11-14
Filing date: 2020-11-09
Publication date: 2022-06-24
Also published as: WO2021096789A1; US20210152243A1; JP2023503843A; DE112020005597T5; US11196486B2; KR102650098B1; JP7457115B2

Abstract

원격 노드와의 광학 통신은 적어도 하나의 광학 빔을 원격 노드로 송신하는 것; 원격 노드로부터 적어도 하나의 광학 빔의 적어도 일부분을 수신하는 것; 원격 노드로부터 수신된 광학 빔의 일부분을 검출하는 광학 검출기 모듈들의 어레이 내의 하나 이상의 광학 검출기 모듈로부터의 하나 이상의 신호에 기초하여 강도 정보를 제공하는 것; 및 원격 노드로부터 수신된 강도 정보에 기초하여 원격 노드로 송신된 광학 빔을 스티어링하도록 적어도 하나의 광학 위상 어레이를 제어하는 것을 포함한다.

Description

어레이-기반 자유-공간 광학 통신 링크들

관련 출원(들)에 대한 상호-참조

본 출원은 2019년 11월 14일자로 출원된, 발명의 명칭이 "Array Based Free Space Optical Communication Links"인 미국 가특허 출원 제62/935,471호의 우선권 및 혜택을 주장한다.

기술 분야

본 개시내용은 어레이-기반 자유-공간 광학 통신 링크들에 관한 것이다.

일부 자유-공간 광학(FSO; free-space optical) 통신 링크들은 포인트-투-포인트(point-to-point) 통신을 위해 배열된 광학 요소들과 함께 작동한다. 예를 들어, 포인트-투-포인트 통신 링크를 통해 서로 통신하는 2개의 노드들은 각각의 광학 빔들을 하나의 노드의 송신 애퍼처(aperture)로부터 또 다른 노드의 수신 애퍼처로 지향하기 위한 비교적 큰 렌즈들을 포함하는 망원경 배열(telescope arrangement)을 각각 사용할 수 있다. 이러한 FSO 통신 링크들은 오정렬, 진동 및 신틸레이션(scintillation)과 같은 장애들에 잠재적으로 민감하다.

일 양태에서, 일반적으로, 원격 노드와의 광학 통신을 위한 장치는: 원격 노드로부터 적어도 하나의 광학 빔의 적어도 일부분을 수신하도록 구성되는 수신기 모듈 - 수신기 모듈은, 광학 검출기 모듈들의 적어도 하나의 어레이, 및 광학 검출기 모듈들을 제어하고 광학 검출기 모듈들 중 하나 이상으로부터의 하나 이상의 신호에 기초하여 강도 정보를 제공하도록 구성되는 회로부를 포함함 -; 및 적어도 하나의 광학 빔을 원격 노드로 송신하도록 구성되는 송신기 모듈 - 송신기 모듈은, 원격 노드로 송신되는 광학 빔을 제공하는 적어도 하나의 광학 위상 어레이, 및 원격 노드로 송신되는 광학 빔을 스티어링(steering)하도록 광학 위상 어레이를 제어하기 위해 원격 노드로부터 강도 정보를 수신하도록 구성되는 회로부를 포함함 - 을 포함한다.

다른 양태에서, 일반적으로, 원격 노드와의 광학 통신을 위한 방법은: 적어도 하나의 광학 빔을 원격 노드로 송신하는 단계; 원격 노드로부터 적어도 하나의 광학 빔의 적어도 일부분을 수신하는 단계; 원격 노드로부터 수신된 광학 빔의 일부분을 검출하는 광학 검출기 모듈들의 어레이 내의 하나 이상의 광학 검출기 모듈로부터의 하나 이상의 신호에 기초하여 강도 정보를 제공하는 단계; 및 원격 노드로부터 수신된 강도 정보에 기초하여 원격 노드로 송신된 광학 빔을 스티어링하도록 적어도 하나의 광학 위상 어레이를 제어하는 단계를 포함한다.

양태들은 다음의 특징들 중 하나 이상을 포함할 수 있다.

광학 검출기 모듈들의 어레이는 대응하는 증폭기에 각각의 광전류를 각각 제공하는 광다이오드들의 2차원 어레이를 포함한다.

광다이오드들은 애벌란시(avalanche) 광다이오드들을 포함하고, 증폭기들은 트랜스임피던스(transimpedance) 증폭기들을 포함한다.

수신기 모듈의 회로부는 대응하는 증폭기에서의 광전류를 임계값과 비교하는 것에 적어도 부분적으로 기초하여 파워 온되는 모든 증폭기들보다 적은 증폭기들의 부분집합을 결정하도록 구성된다.

수신기 모듈의 회로부는 광학 빔의 적어도 일부분을 수신하고 있는 광다이오드들의 제1 부분집합, 및 다른 광학 빔의 적어도 일부분을 수신하고 있는 광다이오드들의 제2 부분집합을 결정하도록 구성된다.

수신기 모듈은 광학 빔을 코히어런트하게 수신하기 위한 코히어런트(coherent) 로컬 오실레이터 빔을 제공하는 광원을 더 포함한다.

광원은 다수의 광학 빔들을 동시에 코히어런트하게 수신하기 위한 다수의 코히어런트 로컬 오실레이터 빔들을 제공한다.

원격 노드로부터의 강도 정보는 적어도 자유 공간 광학 통신 링크의 셋업 동안, 원격 노드와의 자유 공간 광학 통신 링크로부터 분리된 사이드-채널 네트워크를 통해 송신기 모듈의 회로부에 의해 수신된다.

원격 노드로부터의 추가적인 강도 정보는 자유 공간 광학 통신 링크의 셋업 이후 자유 공간 광학 통신 링크를 통해 광학 위상 어레이를 제어하기 위한 송신기 모듈의 회로부에 의해 수신된다.

수신기 모듈은 광학 검출기 모듈들의 어레이에 근접한 마이크로렌즈(microlens) 어레이를 더 포함한다.

수신기 모듈은 마이크로렌즈 어레이에 근접하게 광을 포커싱하도록 구성되는 적어도 하나의 렌즈를 더 포함한다.

마이크로렌즈 어레이와 렌즈 사이의 거리는 렌즈의 초점 거리보다 적어도 5%만큼 더 크거나 더 작다.

수신기 모듈은 광학 검출기 모듈들의 어레이에 근접하게 광을 포커싱하도록 구성되는 적어도 하나의 렌즈를 더 포함한다.

광학 검출기 모듈들의 어레이와 렌즈 사이의 거리는 렌즈의 초점 거리보다 적어도 5%만큼 더 크거나 더 작다.

광학 검출기 모듈들의 어레이는 광자 집적 회로 내의 광검출기들의 어레이를 포함한다.

광학 위상 어레이는 각각의 광학 위상 시프터에 각각 커플링되는 광학 방출기들의 2차원 어레이를 포함하고, 광학 위상 시프터들에 인가되는 각각의 위상 시프트 신호들은 적어도 제1 평면 내에서 원격 노드로 송신되는 광학 빔의 전파 축(propagation axis)의 스티어링을 제어한다.

광학 위상 시프터들에 인가되는 각각의 위상 시프트 신호들은 제1 평면에 수직인 제2 평면 내에서 원격 노드로 송신되는 광학 빔의 전파 축의 스티어링을 제어한다.

광학 방출기들로부터 방출되는 광학 파들의 파장 튜닝은 제1 평면에 수직인 제2 평면 내에서 원격 노드로 송신되는 광학 빔의 전파 축의 스티어링을 제어한다.

양태들은 다음의 장점들 중 하나 이상을 가질 수 있다.

본 명세서에 설명되는 통신 시스템의 일부 구현들에서, 송신기 모듈은 송신 애퍼처로부터의 광을 동적으로 스티어링할 수 있고, 수신기 모듈은 동적 스티어링을 위해 사용되는 강도 정보 및 링크를 통해 통신되는 데이터를 복원하기 위해 수신 애퍼처로부터의 광을 수집할 수 있다. 일부 구현들에서, 송신기 모듈은 동적 스티어링을 위해 광학 위상 어레이(OPA; optical phased array)(예를 들어, 광학 칩 상에 통합된 OPA)를 사용하고, 수신기 모듈은 고속 검출기 어레이 시스템을 사용한다. 이러한 동적 정렬은, 예를 들어, 오정렬, 진동, 및 신틸레이션과 같은 잠재적 장애 중 일부에 덜 민감한 고속 광학 통신 시스템을 제공하는 데 유용할 수 있다. 일부 구현들에서, 시스템의 부분들은, 시스템의 동적 정렬을 추가로 용이하게 할 수 있는, 이동 송신기(Tx) 및 수신기(Rx) 플랫폼들 상에 장착될 수 있다.

다른 특징들 및 이점들은 다음의 설명으로부터, 그리고 도면들 및 청구항들로부터 명백해질 것이다.

본 개시내용은 첨부 도면들과 함께 읽을 때 다음의 상세한 설명으로부터 가장 잘 이해된다. 일반적인 실시에 따르면, 도면들의 다양한 특징들은 축척에 맞지 않는다는 것이 강조된다. 반대로, 다양한 특징들의 치수들은 명료성을 위해 임의로 확대되거나 축소된다.
도 1a는 예시적인 통신 시스템의 개략도이다.
도 1b 내지 도 1e는 대안적인 통신 노드들의 개략도들이다.
도 2는 예시적인 빔 스티어링 배열의 개략도이다.
도 3a 및 도 3b는 빔 스티어링 배열들의 예들의 개략도들이다.
도 4a 및 도 4b는 각각 마이크로렌즈-방출기(microlens-emitter) 배열의 측면도 및 평면도의 개략도들이다.
도 5는 렌즈에 대한 광학 기하 구조의 개략도이다.
도 6은 광학 수신 배열의 개략도이다.
도 7은 광학 수신 배열의 개략도이다.
도 8은 광학 수신 배열의 개략도이다.
도 9는 광학 수신 배열의 개략도이다.
도 10은 광학 수신 배열의 개략도이다.
도 11a 및 도 11b는 광학 수신 배열들의 개략도들이다.
도 12는 검출기 어레이 상의 수신된 강도 패턴들의 예시이다.
도 13은 멀티-빔 FSO 통신 시스템의 개략도이다.
도 14a 내지 도 14d는 메시 네트워크 구성들의 개략도들이다.
도 15a 및 도 15b는 코히어런트 검출 구성들의 개략도들이다.
도 16은 코히어런트 검출 구성의 개략도이다.
도 17은 멀티-채널 코히어런트 FSO 통신 시스템의 개략도이다.
도 18은 예시적인 검출 배열의 개략도이다.
도 19는 예시적인 판독 회로의 회로도이다.
도 20은 예시적인 검출기 모듈 기하 구조의 개략도이다.
도 21은 예시적인 검출기 모듈 회로부의 개략도이다.
도 22는 예시적인 검출기 어레이 배열의 예시이다.
도 23은 예시적인 검출기 어레이 배열의 개략도이다.
도 24는 상이한 수신된 빔들에 대한 광학 강도 패턴들의 예의 개략도이다.
도 25는 예시적인 FSO 통신 시스템의 개략도이다.
도 26은 동적 빔 스티어링을 위한 예시적인 배열의 개략도이다.
도 27a 및 도 27b는 예시적인 검출 배열들의 개략도들이다.

도 1a를 참조하면, 예시적인 통신 시스템은 통신 노드들(100A 및 100B) 사이에서 양 방향들로 송신되는 광학 빔들을 사용하는 고속 FSO 양방향 통신 링크(또는 간단히 "FSO 링크")를 통해 통신하도록 구성되는, 로컬 노드(100A) 및 원격 노드(100B)를 포함한다. 아래에 더 상세히 설명되는 바와 같이, 초기 정렬 및/또는 온고잉(ongoing) 동적 정렬을 위해 일부 구현들에서 사용되는 사이드-채널 양방향 통신 링크(또는 간단히 "사이드-채널 링크")도 존재한다. 사이드-채널 링크는 특히 고속일 필요가 없지만(예를 들어, FSO 링크보다 한 자릿수만큼 더 느리거나 또는 더 많음), 비교적 낮은 레이턴시(latency)를 제공할 수 있다. 예를 들어, 사이드-채널 네트워크(101)는 노드들(100A 및 100B)에 전용인 포인트-투-포인트 네트워크를 포함하는 다양한 타입들의 네트워크들 중 임의의 것일 수 있고, 유선 매체들(예를 들어, 동축 케이블), 무선 주파수(RF; radio frequency) 링크들과 같은 무선 매체들, 및/또는 광학 매체들(예를 들어, 광섬유)과 같은 다양한 통신 매체들 중 임의의 것을 사용할 수 있다.

이 예에서, 로컬 노드(100A)는 원격 노드(100B)의 방향으로 입체각(solid angle)에 걸쳐 스티어링될 수 있는 방출 빔(outgoing beam)(102A)을 제공하고, 입사 빔(incoming beam)(104A)을 수신하도록 구성된다. 빔 스티어러(beam steerer)(106)는 아래에 더 상세히 설명되는 바와 같이, 광학 위상 어레이들을 포함하여, 방출 빔(102A)을 스티어링하기 위해 다양한 기법들 중 임의의 기법을 사용하도록 구성될 수 있다. 로컬 노드(100A)는 또한 입사 데이터 스트림(108)으로부터의 데이터를 방출 빔(102A) 상에 변조하도록 구성된다. 입사 강도 피드백 포트(110)는 방출 빔(102A)을 스티어링하기 위해 빔 스티어러(106)에 의해 사용되는, 사이드-채널 네트워크(101)를 통해 원격 노드(102B)에 의해 송신된 강도 정보를 제공한다. 로컬 노드(100A)는 또한 검출 영역의 개별 픽셀들을 표현하는 검출된 신호들을 갖는 가깝게 이격된 광학 검출기 모듈들의 분포를 포함하는 검출기 어레이(112)를 포함한다. 검출기 어레이(112), 빔 스티어러(106), 및 노드(100A) 내의 다른 컴포넌트들은, 예를 들어, 플랫폼 또는 다른 강성 구조물(rigid structure)에 지지될 수 있다. 일부 구현들에서, 원격 노드(100B)는 로컬 노드(100A)와 동일한 컴포넌트들을 포함한다. 일부 구성 및 정렬 절차들은 로컬 노드(100A)의 맥락에서 설명될 것이지만, 실질적으로 동일한 절차들이 또한 원격 노드(100B)에서 수행될 수 있다.

일반적으로, 입사 빔(104A)은 다수의 픽셀들에 걸쳐 확산되는 입사 광학 강도 프로파일을 갖는다. 로컬 노드(102A)는 검출기 어레이(112)의 광학 검출기 모듈들을 제어하고 원격 노드(100B)로의 송신을 위해 방출 강도 피드백 포트(116)로부터 강도 정보를 제공하도록 구성되는 회로부를 포함한다. 하나의 노드에서의 광학 검출기 모듈들로부터의 강도 정보 기반 신호들은 대기 효과들(예를 들어, 노드들 사이의 공기 중의 난류로 인한 강도 신틸레이션) 및/또는 노드들 중 하나 또는 둘 다의 이동으로 인한 픽셀들에 걸친 강도 프로파일의 드리프트를 보상하기 위해 빔들의 동적 스티어링을 안내하기 위해 다른 노드로 송신될 수 있다. 어느 광학 검출기 모듈들이 검출 동안 동시에 활성인지를 제어함으로써 전력이 또한 절약될 수 있다. 예를 들어, 광학 검출기 모듈은 대응하는 증폭기(예를 들어, 트랜스임피던스 증폭기)에 각각의 광전류를 각각 제공하는 광다이오드들(예를 들어, 애벌란시 광다이오드들)의 2차원 어레이를 포함할 수 있다. 증폭기는 광다이오드의 출력이 임계값을 초과하는지 여부에 기초하여 전력을 절약하기 위해 적절하게 턴온 또는 턴오프될 수 있다.

노드들(100A 및 100B) 사이의 FSO 링크가 초기에 셋업될 때, 대략적인(rough) 정렬 위상 및 미세한(fine) 정렬 위상을 포함하는 초기 정렬 절차가 존재한다. 대략적인 정렬 위상 동안, 방출 빔(102A)은 미리 결정된 위치 정보(예를 들어, GPS 좌표들 또는 다른 절대 또는 상대 좌표들)에 따라 원격 노드(100B)에 지향되는 것으로 가정되는 대략적인 방향으로 조준된다. 대략적인 정렬 위상은 또한 로컬 노드(100A)에서의 망원경으로부터의 및/또는 원격 노드(100B) 상에 있거나 그에 근접한 역반사기(retroreflector)로부터의 정보를 사용하는 대략적인 스티어링을 임의적으로(optionally) 포함할 수 있다. 대략적인 정렬 위상은 일부 통신 세션들에 대해, 예를 들어, 방출 빔(102A)이 노드들(100A 및 100B) 사이에 사용된 이전의 FSO 링크로부터 이미 대략적으로 정렬된 경우에 필요하지 않을 수 있다.

방출 빔(102A)이 입사 빔(104B)으로서 원격 노드(100B)에 도달할 때, 미세한 정렬 위상은 입사 빔(104B)이 원격 노드(100B)의 검출기 어레이에 대해 적절하게 위치되는 것을 보장하기 위해 사용될 수 있다. 일부 경우들에서, 입사 빔(104B)은 예를 들어, 대기 전파로부터의 흡수 또는 다른 장애들로 인해 또는 빔 확산으로 인해 방출 빔(104A)으로부터의 전력의 일부분만을 나타낼 수 있다. 미세한 정렬 위상의 일부로서, 강도 정보는 원격 노드(100B)에서 캡처될 수 있고 사이드-채널 네트워크(101)를 통해 강도 피드백 포트(110)로 제공될 수 있다. 강도 정보는 원격 노드(100B)의 검출기 어레이 내의 광학 검출기 모듈들에 의해 입사 빔(104B) 내의 전력이 얼마나 검출되고 있는지를 표시하는 신호 품질 측정을 포함할 수 있다.

FSO 링크가 동작한 후에, 원격 노드(100B)로부터의 피드백으로서 사용되는 강도 정보에 기초하여 방출 빔(102A)을 계속 스티어링하는 데 사용되는 온고잉 동적 정렬이 또한 있을 수 있다. 예를 들어, 빔의 전파 방향에 영향을 미치는 대기 조건들을 변경하기 위해 스티어링이 조절될 필요가 있을 수 있다. 일부 구현들에서, FSO 링크가 동작한 후에, 양 방향들에서 빔들의 동적 정렬을 위해 노드들 사이에서 사이드-채널 네트워크(101)를 사용하여 강도 정보를 송신하는 대신에, 강도 정보는 양 방향들에서 데이터 통신 스트림들 내에 내장된 정보로서 (예를 들어, 시간 도메인 또는 주파수 도메인 멀티플렉싱을 사용하여) 송신될 수 있다.

도 1b 내지 도 1e는 통신 노드의 대안적인 구현들의 예들을 도시한다. 도 1b를 참조하면, 노드(100C)는 렌즈(120), 또는 다른 빔 셰이핑(shaping) 광학 요소들을 포함하여, 빔 발산을 제한하고 원격 노드에서의 입사 빔이 비교적 잘 포커싱된 채로 유지되는 것을 보장한다. 도 1c를 참조하면, 노드(100D)는 렌즈(122), 또는 다른 빔 셰이핑 광학 요소들을 포함하여, 렌즈 애퍼처를 가로질러 광을 수집하고 입사 빔(104A)의 적어도 일부분을 검출기 어레이(112)의 일부분 상에(예를 들어, 하나 또는 비교적 적은 수의 픽셀에) 포커싱한다. 도 1d의 예에서, 노드(100E)는 송신기-측 렌즈(120) 및 수신기-측 렌즈(122) 둘 다를 포함한다. 송신기-측 렌즈가 없는 노드(100C)에 대해, 일부 구현들에서 더 큰 시야가 달성될 수 있다. 수신기-측 렌즈가 없는 노드(100B)에 대해, 정렬 에러들에 대한 더 낮은 감도가 일부 구현들에서 달성될 수 있다.

도 1e를 참조하면, 검출기 어레이(112)는 수신기-측 렌즈(122)와 관련된 초점 평면과 정확히 일치하지 않는 거리에 배치될 수 있다. 예를 들어, (예를 들어, 비교적 긴 거리에 걸친 전파를 위해) 실질적으로 시준된(collimated) 광학 빔의 경우, 수신기-측 렌즈(122) 이후의 가장 조밀한 스폿 크기는 렌즈(122)의 초점 거리에 가까울 것이다. 검출기 어레이(112)를 초점 거리보다 더 먼(또는 초점 거리보다 더 가까운) 거리에 배치하는 것은 검출기 어레이(112)에 완벽하게 포커싱되지 않는 빔을 초래할 것이고, 이는 아래에 더 상세히 설명되는 바와 같이, 일부 구현들에서 유익할 수 있다. 디포커스의 양은 변할 수 있지만, 일부 구현들에서, 렌즈(122)와 검출기 어레이(112) 사이의 거리는 초점 거리보다 적어도 약 5% 이상, 또는 적어도 약 10% 이상만큼 더 크거나 더 작다.

도 2를 참조하면, 빔 스티어링 배열(200)의 예는 입사 데이터 스트림으로부터의 데이터로(예를 들어, 상이한 강도 레벨들에 맵핑된 이진(binary) 데이터 심볼들로)(예를 들어, 강도 변조를 이용하여) 변조될 수 있는 튜닝 가능 레이저(202)를 포함한다. 광은 그 후 분할기들(204)의 네트워크에 의해 위상 시프터들(206)의 어레이 및 광학 방출기들(208)의 어레이로 분배된다. 이 광학 위상 어레이는 파장 및 위상을 이용하여 2개의 각도 차원들에서 스티어링될 수 있다. 튜닝 가능 레이저(202)는 입체각의 하나의 각도 차원에 걸쳐 스티어링하기 위해 튜닝된 그의 파장(또는 등가적으로, 그의 주파수)을 가질 수 있고, 위상 시프터들(206)은 입체각의 다른 각도 차원에 걸쳐 스티어링하기 위해 튜닝된 그들의 상대적인 위상 시프트들을 가질 수 있다.

도 3a 및 3b를 참조하면, 빔 스티어링 배열들의 다른 예들은 양 각도 차원들에 걸쳐 위상을 사용하여 스티어링될 수 있는 2차원 광학 위상 어레이를 사용한다. 도 3a는 직사각형 형상 영역에 걸쳐 분포된 광학 방출기들(302)을 포함하는 배열(300A)을 도시하며, 여기서 광은 방출기들(302)의 각각에 커플링된 위상 시프터들(304)에 분포된다. 이 예에서, 광은 "H-트리" 형상 분할기 네트워크를 사용하여 방출기들(302)에 전달된다. 이 위상 제어는 또한 본 명세서에 참조로 포함된 미국 특허 제10,613,410호에 더 상세히 설명된 바와 같이, 더 적은 입력/출력(I/O) 제어들을 가능하게 하는 서브-위상 어레이 포맷으로 수행될 수 있다.

배열(300A)에서 직면할 수 있는 잠재적인 이슈는 방출기들(302)이 특정 서브-파장 피치(예를 들어, 동작 파장의 절반)보다 더 큰 그들의 가장 가까운 이웃들로부터의 간격을 가질 수 있고, 이는 어레이 방출 패턴에서 사이드 로브들(lobes)을 초래할 것이다. 사이드 로브들의 효과를 완화시키는(예를 들어, 사이드 로브들 내로 방출되는 전력의 양을 감소시키는) 하나의 방식은 개별 방출기들과 관련된 요소 인자를 더 지향성(directional)으로 만드는 것이다. 예를 들어, 도 3b는 마이크로렌즈 어레이(306) 내의 렌즈들이 방출기들(302)과 대략 유사한 피치로 이격되도록, 방출기들(302)에 근접하여 마이크로렌즈 어레이(306)를 위치시킴으로써 개별 방출기들을 더 지향성으로 만드는 하나의 방식을 도시한다. 일부 구현들에서, 렌즈들의 중심들은 방출기들의 위치들과 실질적으로 일치하도록 미세-튜닝(fine-tuned)될 수 있다.

도 4는 광학 방출기(402) 위에 배치될 수 있는 마이크로렌즈(400)의 예를 측면도로 도시한다. 이 예에서, 마이크로렌즈(400)는 1.44의 굴절률을 갖는 유리 기판 내에 형성되고, 약 95㎛의 직경, 약 120㎛의 곡률 반경, 및 약 0.2의 개구수(NA)를 갖는다. 마이크로렌즈(400)와 실리콘 도파관 방출기(404) 사이에 약 240㎛의 작업 거리가 존재한다. 방출기(404)는 실리콘-온-절연체(SOI; silicon-on-insulator) 플랫폼을 이용하여 제조되는 실리콘 기판(408) 위의 산화물 클래딩(406) 내에 내장되는 격자 구조물을 갖는 도파관으로서 구현될 수 있다. 도 4b는 각각의 광학 방출기들(402) 위에 배치되는, 마이크로렌즈 어레이 내의 마이크로렌즈들(400)의 배열(410)의 평면도를 도시한다.

도 5는 측면-모드 억제(side-mode suppression)를 제공하기 위해 방출/수집 디바이스를 더 지향성으로 만드는 것과 관련된 마이크로렌즈 어레이 내의 마이크로렌즈로서 사용되는 렌즈(500) 및 결과적인 광학 기하 구조의 일례를 도시한다. 이 예에서, 렌즈(500)는 약 200㎛의 초점 길이를 갖고, 초점 평면에서의 결과적인 포커싱된 스폿 크기는 약 8㎛인 것으로 가정된다. 관측 시야각은 약 1.5도이다. 렌즈 (및 결과적인 개구수)의 크기가 증가함에 따라, 지향성이 증가한다.

도 6을 참조하면, 광학 수신 배열 내의 수신기-측 렌즈의 포함은, 예를 들어, 단지 하나의 수신기(예를 들어, 광검출기)가 사용되는 경우, 시야(또는 "관측 시야(field of regard)" 또는 "수집 원뿔(collection cone)")의 감소로 잠재적으로 이어질 수 있다. 그러나, 시야는 초점 표면 위에 적절히 배열된 다수의 수신기를 사용하는 수신기-측 렌즈(600)로 증가될 수 있다. 입사 평면 파의 방향이 (예를 들어, 입사 빔(602A)으로부터 입사 빔(602B)으로) 변경되는 경우, 대응하는 수신기의 포커싱 포인트는 반구형 초점 표면 상에서 (예를 들어, 수신기(602A)로부터 수신기(602B)로) 이동한다. 이러한 수신기들의 반구형 배열은 광이 비교적 큰 공간 원뿔 위에 수신되게 할 것이다. 대안적으로, 렌즈 축의 중심에 배치된 단일 수신기만이 있는 경우, 광은 더 제한된 공간 원뿔로부터 수신될 것이다.

도 7 및 도 8은 수신기-측 렌즈가 없는, 그리고 수신기-측 렌즈가 있는 상이한 광학 수신 배열들을 각각 도시한다. 도 7을 참조하면, 수신 배열 내에 수신기-측 렌즈가 없을 때, 광검출기(700)는 광검출기(700)의 수용 각도 및 굴절률에 의존하는 관측 시야(702)를 갖는다. 도 8을 참조하면, 수신 배열 내에 렌즈(800)가 있을 때, 2차 팩터는 배열을 더 좁은 관측 시야(802)로 더 제한한다. 특히, 위에 설명된 바와 같이, 입사 빔의 각도가 변화할 때 렌즈(800)와 관련된 초점 표면(804) 상의 초점의 관련된 이동이 있다. 도 9는 상이한 각도들로 도달하는 상이한 입사 빔들(904A 및 904B)로부터 포커싱된 스폿들을 수신할 수 있는, 렌즈(900) 및 반구형 초점 표면(902) 상에 배치된 다수의 광검출기들의 어레이가 있는 광학 수신 배열을 도시한다. 예를 들어, 입사 빔의 위치 및/또는 각도는 대기 전파의 효과들로 인해 드리프트할 수 있다. 상이한 광검출기들로부터의 전기 신호들(906)은 수신된 이미지들에서 상이한 강도들을 갖는 상이한 픽셀들에 대응하고, 이는 빔이 드리프트함에 따라 FSO 링크의 동작 동안 변화할 수 있다.

도 10을 참조하면, 일부 광 수신 배열들에서, 렌즈 결합 시스템(1000)은 상이한 각도들로부터 도달하는 입사 빔(예로서, 입사 빔(1002A) 또는 입사 빔(1002B))을 수신하도록 배열되는, 상이한 형상들 및/또는 초점 길이들을 갖는 다수의 렌즈들, 또는 복합 렌즈의 다수의 컴포넌트들을 포함한다. 단일 렌즈와 관련된 반구형 초점 표면에 대한 대안으로서, 렌즈 결합 시스템(1000)은 원하는 평탄화된 검출 표면(1004)과 더 밀접하게 매칭되는 평탄화된 초점 표면을 제공할 수 있다. 검출기 어레이의 일부 구현들에서, 평탄화된 초점 평면(1004)은 광검출기 및/또는 검출기 어레이의 검출기 모듈들의 다른 컴포넌트들을 분배하기 위한 더 적절한 배열일 수 있다. 그러한 광학 수신 배열에서, 오프-센터 입사 경로를 통해 수신되는 빔은, 약간 디포커싱된(defocused) 에지 위치(1006)에 도시된 바와 같이, 검출 표면(1004)의 특정 부분에서 의도적으로 디포커싱될 수 있다.

도 11a 및 도 11b의 광학 수신 배열들은 일부 구현들에서 의도적인 디포커싱이 어떻게 긍정적인 결과들을 가질 수 있는지를 더 설명한다. 도 11a를 참조하면, 렌즈 시스템(1102)(예를 들어, 하나 이상의 렌즈의 시스템)은 광검출기 어레이(1104)의 상이한 광검출기들, 및 마이크로렌즈 어레이(1106)의 상이한 마이크로렌즈들에 대응하는 상이한 픽셀들에 대한 각각의 초점 스폿들을 시야(1108) 내의 상이한 입사 수용 각도들 및 위치들에 매핑한다. 스폿 크기들이 비교적 조밀한(대략 단일 픽셀 폭) 이 예에서, 광은 일부 수용 각도들/위치들에 대해 매우 효율적으로 수집된다. 예를 들어, 입사 빔(1110A)은 픽셀들 중 하나 상에 포커싱되어 그 픽셀로부터 전기 신호 출력(1112A)을 생성한다. 그러나, 다른 각도들/위치들에서 시야(1108) 내에 갭이 존재하며, 여기서 광은 픽셀들 사이에 떨어져서 전기 신호를 거의 또는 전혀 산출하지 않는다(즉, 수신되지 않는다).

수용 각도들/위치들에서의 갭들은 픽셀 크기보다 큰 스폿 크기를 가짐으로써 및/또는 마이크로렌즈 어레이(1106)에 의해 수집된 빔에서 소량의 디포커스를 가짐으로써 감소되거나 제거될 수 있다. 도 11b를 참조하면, 시야(1114)는 각각 다수의 픽셀들에 매핑하는, 수용 각도들의 중첩 원뿔들을 포함한다. 예를 들어, 입사 빔(110B)은 다수의 픽셀들(1116B)에 포커싱되어 이들 픽셀들(1116B)로부터 전기 신호 출력들(1112B)을 생성한다. 디포커싱의 효과는 또한 도 12의 예에서 보여질 수 있는데, 여기서 포커싱된 강도 패턴들은 약 200㎛의 픽셀 크기를 갖는 21×21 픽셀 검출기 어레이(1200)의 픽셀들 상에 도시된다. 이 예는 정사각형 형상의 송신기-측 애퍼처로부터 송신된 빔의 2개의 상이한 가능한 빔 궤적들에 대한 강도 패턴들을 도시한다. 대안적으로, 2개의 상이한 강도 패턴들은, 아래에 더 상세히 설명되는 바와 같이, 동시에 수신된 다수의 빔들에 대응할 수 있다. 이 예에서, 송신기-측 애퍼처의 정사각형 형상 및 송신기-측 OPA의 유한 방출기 간격은 하나보다 많은 픽셀을 커버하는 중심의 메인 로브, 및 메인 로브의 어느 한측 상의 2개의 직교 차원들을 따르는 다수의 사이드 로브들을 갖는, 각각의 초점 스폿에 대한 강도 패턴을 초래하였다.

다수의 개별 픽셀들로부터의 전기 신호 출력들이 동시에 수집되면, 하나 초과의 데이터 스트림이 하나의 검출기 어레이로부터 동시에 수신될 수 있다. 도 13은 4개의 통신 노드들(1300A, 1300B, 1300C, 및 1300D)이 서로 통신하도록 구성되는 멀티-빔 FSO 통신 시스템을 도시한다. 노드(1300A)는 이 예에서 동시에 다수의 노드들(1300B 및 1300C)로부터 빔들을 수신한다. 일반적으로, 임의의 수의 통신 노드들은 각각의 통신 노드가 임의의 다른 통신 노드로부터 데이터를 송신 및 수신하고 있을 수 있는 메시 네트워크에서 통신하도록 배열될 수 있다. 이 예에서, 각각의 통신 노드는 단일 송신기-측 포트를 갖지만, 동시에 검출기 어레이 상에서 검출될 수 있는 다수의 강도 패턴들에 대응하는 다수의 수신기-측 포트들을 갖는다. 따라서, 화살표들이 상이한 통신 노드들(원들로 표현됨) 사이의 FSO 링크를 통한 데이터의 송신을 표시하는, 도 14a 내지 도 14d에 도시된 바와 같은 다양한 메시 네트워크 구성들이 가능하다. 다른 예들에서, 각각의 통신 노드는, 예를 들어, 잠재적으로 더 복잡하고 유연한 메시 네트워크 구성들로 이어지는, 다수의 송신기-측 애퍼처들로부터 다수의 빔들을 송신함으로써 다수의 송신기-측 포트들을 포함할 수 있다.

본 명세서에 설명된 FSO 링크들을 사용하는 통신 시스템의 일부 구현들에 포함될 수 있는 다른 가능한 특징들은 이진 비트들을 이용한 강도 변조 이외의 변조 기술들을 포함한다. 예를 들어, 수신기 회로가 선형 증폭기들 및 비이진(nonbinary) 결정 회로들을 포함하는 경우, PAM4 또는 고차 진폭 변조를 이용하여 더 많은 정보를 전송하는 것이 가능하다. 또한, 코히어런트 로컬 오실레이터(LO; local oscillator)(예를 들어, 레이저로부터의 광)가 이용되는 경우, 위상 변조와 함께 코히어런트 검출을 사용하는 것이 가능하다. 코히어런트 검출 기법을 이용하는 것은 수신기 회로를 복잡하게 할 수 있지만, 매우 적은 광자들이 수신기에 도달할 수 있는 장거리 통신 링크들에 대한 시스템의 감도를 또한 상당히 높일 수 있다. 도 15a는 수신기-측 렌즈(1502)가 입사 광을 검출기 어레이(1504) 상에 포커싱하고 LO 레이저(1506) 및 렌즈(1508)가 검출기 어레이(1504)를 균일하게 조명하기 위해 사용되는, 균일 조명 구성(1500A)의 일례를 도시한다. 일부 구현들에서, 초기 균일 조명 구성(1500A)은 빔으로부터의 신호를 위치파악하기 위해 초기에 사용되고, 그 후 지향된 조명 구성(1500B)은 검출기 어레이(1504)의 일부로 더 엄격하게 포커싱되고 스티어링된 LO 빔과 함께 사용된다. 예를 들어, LO 제어 시스템(1510)은 LO 스폿 크기를 제어하고 LO 빔을 동적으로 스티어링하기 위해 빠른 피드백 루프를 포함할 수 있다. LO 레이저(1506)는 원격 노드에서 송신 레이저로 로킹될(locked) 수 있고, 하이브리드 수신 회로는 변조된 광의 위상을 추출할 수 있다. 도 16은 다수의 수신된 빔들로부터의 광을 검출기 어레이(1604) 상으로 포커싱하기 위해 수신기-측 렌즈(1602)를 포함하는 예시적인 코히어런트 검출 구성(1600)을 도시한다. 이 예에서는, 2개의 상이한 수신된 빔들 각각과 동시에 간섭하기 위한 별개의 코히어런트 LO 빔을 제공하기 위해 다수의 LO 소스들(1606A 및 1606B)이 있다. 이러한 방식으로, 임의의 수의 독립적인 LO 소스들이 멀티-채널 수신기를 구현하기 위해 사용될 수 있다.

도 17은 멀티-채널 코히어런트 FSO 통신 시스템(1700)의 예시적인 구성을 도시한다. Tx 레이저 1을 포함하는 노드(1702) 및 Tx 레이저 2를 포함하는 노드(1704)가 있고, 이들은 각각의 데이터 스트림들(데이터 1 및 데이터 2)로 변조된 광학 파들을 제공한다. 이러한 광학 파들은 대기(1706)를 통해 전파하는 별개의 광학 빔들로서 방출되며 노드(1708)에 의해 수신된다. 이 예에서, 광 수집은 다수의 검출기 모듈들의 어레이 내의 2개의 검출기 모듈들에 대해 도시된다. 레이저 LO1 및 레이저 LO2는 코히어런트하게 검출된 신호의 동상 및 직교-위상(I/Q) 성분들의 검출을 위해 개별 검출기 모듈들로 지향되는 별개의 LO 빔들을 제공하고, 이는 데이터 스트림들(데이터 1 및 데이터 2)을 복조하기 위한 디지털 신호 처리(DSP; digital signal processing) 회로부에 제공된다.

시스템 내에 비교적 많은 수의 검출기 모듈들이 있는 구현들에서, 잠재적으로 약한 신호들에서 과도한 잡음, 기생들, 및/또는 손실을 유도하지 않고서, 수신된 데이터 스트림들을 처리하고 입사 데이터를 판독할 수 있는 것이 유용하다. 도 18은 각각의 검출기 모듈에 대한 트랜스임피던스 증폭기(TIA; transimpedance amplifier)를 제공하는 집적 SiGe BiCMOS 플랫폼 상의 판독 회로부를 각각 포함하는 검출기 모듈들의 검출기 어레이(1806)의 전방에 배열된 수신기-측 렌즈(1802) 및 마이크로렌즈 어레이(1804)를 포함하는 검출 배열(1800)의 일례를 도시한다. TIA가 대응하는 애벌란시 광다이오드(APD; avalanche photodiode) 광검출기 바로 아래에 배치될 때, APD는 (예를 들어, 약 10 내지 1000 사이의) 초기 이득을 제공하고 결과적인 광전류를 TIA 이득 스테이지에 공급할 수 있다. TIA 전력 소비는 비교적 낮다(예를 들어, 1㎂ 내지 0.8Vpp의 TIA 증폭을 위해 픽셀당 약 1㎽ 미만). 데이터 레이트(rate)에 적합한 대역폭을 갖는 저잡음 TIA는 저잡음 증폭기(예를 들어, 약 3㎀/

미만의 잡음)에 의해 증폭되고, 제한 증폭기에 공급되고, 디지털화될 수 있는 전압 신호 출력을 제공할 수 있다. 도 19는 판독 회로(1900)의 하나의 가능한 구현을 도시한다. 도 20은 개별 픽셀에 대한 예시적인 치수들을 갖는 예시적인 검출기 모듈(2000)을 도시한다. 약 36 내지 75㎛ 직경의 활성 영역을 갖는 APD가 존재한다. 약 50 내지 200㎛ 직경의 영역을 갖는 APD 주위의 관련된 회로부의 배열이 존재한다. 약 4㎠의 전체 검출기 영역 내의 픽셀들의 총 수는, 예를 들어, 약 10,000 내지 160,000일 수 있거나, 수백만 개의 픽셀들이 존재할 수 있는 더 큰 검출기 영역을 갖는다.

일부 구현들에서, TIA들 및 주어진 APD에 대한 다른 지원 회로부는 전력을 절감하기 위해 턴 오프되거나 저전력(또는 "하이버네이션(hibernation)") 모드에 놓일 수 있다. 도 21은 검출기 모듈에 대한 회로부의 일례를 도시한다. 이 예에서, 광자 집적 회로(PIC; photonic integrated circuit) 상에 제조된 광다이오드들의 온 어레이(on array)의 하나의 픽셀을 표현하는 광다이오드(2100)(예를 들어, APD)가 있다. 예를 들어, 아날로그/믹싱된 신호 주문형 집적 회로(ASIC; application specific integrated circuit)로서 구현되는 신호 처리 회로부(2102)는 개별 픽셀들에 대한 픽셀 회로부(2104), 및 신호 유효 정보에 기초하여 선택된 픽셀들에 대한 수신된 데이터를 선택할 수 있는 제어기(2106)(예를 들어, 멀티플렉서 또는 다른 선택 회로부를 포함함)를 포함한다. 픽셀 회로부(2104)는 TIA, 제한 증폭기, 및 비트 에러들을 감소시키기 위한 신호 검출/자동 이득 제어 회로 모듈을 포함하며, 이들은 함께 데이터 신호의 검출을 가능하게 한다. 픽셀 회로부(2104) 및 제어기(2106)를 사용하여, 신호 처리 회로부(2102)는 광다이오드(2100)로부터의 광전류를 모니터링하도록 구성되고, 미리 결정된 스펙트럼 도메인(예를 들어, 예상된 변조된 데이터 신호에 대한 스펙트럼 도메인)에서의 전류가 미리 결정된 임계치를 초과하자마자 TIA 및 다른 회로부가 활성화될 수 있다. 이 선택적 활성화는 검출기 어레이의 전체 전력 소비 및 로컬 열 생성을 감소시킨다.

일부 구현들에서, 증폭기들의 전자 어레이 및 다른 회로부는 잡음 및 커패시턴스를 감소시키기 위해 광검출기 어레이에 비교적 가깝게 배치된다. 도 22는 콤팩트한 구성으로 다양한 층들의 배열을 포함하는 검출기 어레이(2200)의 일례를 도시한다. APD 층(2202)은 입사 광을 수집하는 APD들을 포함한다. 중간 층(2204)은 TIA들, 이득 회로들, 및 디지타이저 회로들의 어레이를 포함한다. 중간 층(2204)은, 예를 들어, APD 층(2202)과 동일한 다이에 제조될 수 있거나 3D 집적(3D integration)을 사용하여 APD 층(2202)을 포함하는 다이에 연결될 수 있다. 후면 층(2206)은 추가적인 DSP 및 신호 조절 회로부를 포함하여, 각각의 픽셀이 신호 처리 능력들을 가질 수 있다. 후면 층(2206)의 하나 이상의 에지를 따르는 하나 이상의 I/O 칩(2208)은 특정 수신된 빔에 대응하는 픽셀들의 그룹으로부터 신호들을 수신하기 위해 사용된다. 일부 예들에서, 개별 요소들은 다수의 픽셀에 의해 공유될 수 있다. 예를 들어, 도 23은 각각의 마이크로렌즈에 대한 다수의 APD들이 존재하고, 각각의 APD는 그 자신의 TIA를 갖고, 다수의 이웃 TIA들에 대한 단일 DSP 요소가 존재하는 예시적인 검출기 어레이 배열(2300)을 도시한다. 각각의 픽셀이 동일한 세트의 요소들을 갖는 배열들을 포함하는, 다양한 다른 배열들이 또한 가능하다.

도 24는 3개의 상이한 빔들이 검출기 어레이(2400)에 의해 수신되는 일례를 도시한다. 대기 효과들, 수신기-측 및/또는 송신기-측 광학 요소들을 지지하는 플랫폼의 진동들, 및/또는 (비행기와 통신하는 드론 또는 2개의 위성들 사이의 전기통신과 같은) 노드들의 상대적 이동으로 인해, 검출기 어레이(2400) 상의 초점 스폿들이 이동할 수 있다. 주어진 기간에 걸친 초점 스폿들의 이동을 위한 결과적인 강도 패턴들이 도 24에 도시되어 있다. 예를 들어, 플랫폼이 더 빨리 이동할수록, 빔의 초점 스폿이 상이한 픽셀들 위에서 더 빨리 이동한다. 따라서, 공백(lapse) 없이 연속적인 데이터 송신을 달성하기 위하여, 데이터를 수집하는 데 책임이 있는 픽셀 또는 픽셀들은 초점 스폿이 이동함에 따라 원활하게(seamlessly) 전송되어야 한다. 이것은 충분히 높은 신호를 수신하고 있는 픽셀들을 검출하고 초점 스폿의 이동을 추적할 수 있는 빠른 피드백 루프로 구성된 회로를 이용하여 달성될 수 있다. 일부 구현들에서, 회로는 또한 데이터를 수집하기 위해 준비되어야 하는 다음 픽셀들을 예측하도록 구성된다. 이것은, 예를 들어, 아날로그 이득 회로부의 적절한 제어에 의해 구현될 수 있고, 디지털 층 내의 회로부는 상이한 추적된 빔들과 연관된 데이터를 스트리밍하기 위한 I/O 포트들(2402)에 커플링된 I/O 어레이의 처리량을 제어하도록 구성된다.

주어진 로컬 노드와 관련된 자유-공간 TX/RX 유닛(2500), 및 원격 노드와 관련된 피어 TX/RX 유닛(2502)을 포함하는 FSO 통신 시스템의 일례가 도 25에 도시되어 있다. 최적의 신호 품질을 달성하기 위해, 최상의 신호 대 잡음비 및 비트 에러 레이트를 위한 최적의 방향으로 로킹(locking)하는 것이 유익하다. 따라서, 2개의 노드들에서의 수신기 및 송신기의 광학 패키지들은 서로를 향해 포인팅될 수 있고, 이상적으로는 최상의 송신 방향 및 수신을 위한 최상의 픽셀 선택을 획득하기 위한 피드백 메커니즘을 가질 수 있다. 이것은 수신기 시스템이 전력 모니터 회로부 및 잠재적으로 에러 모니터링 DSP 회로부를 갖는 경우에 행해질 수 있다. 순방향 에러 정정(FEC; forward error correction)과 같은 에러 정정 코딩이 이용되는 경우, 송신 데이터 스트림 내의 비트들 중 일부는 에러 비트들을 검출하기 위해 이용된다. 수신기 시스템은 시간에 걸쳐 에러들의 양을 모니터링하고 그 시작 각도를 정정할 수 있다. 송신기 시스템은 또한, 예를 들어, 전술한 바와 같이, 초기 정렬의 대략적인 정렬 및 미세한 정렬 위상들, 및 동적 정렬을 이용하여, 원격 노드의 검출기 어레이 상의 빔 포지셔닝을 최적화하기 위해 그 피드백에 기초하여 송신된 빔을 스티어링하도록 원격 노드로부터 (예를 들어, 사이드-채널 링크를 통해) 강도 정보를 수신할 수 있다.

도 26은 이러한 정렬 기법들이 또한 제1 광을 검출하는 데 어떻게 사용될 수 있는지를 나타낸 것이다. FSO 링크가 설정되기 전에, 송신기 및 수신기 둘 다는 가시선 링크를 설정하는 데 도움을 주는 방향을 탐색할 수 있다. 예를 들어, 2개의 노드들이 대략적인 정렬을 설정하는 데 도움을 줄 수 있는, 망원경, GPS 위치, 미리 결정된 위치 협약들, 및/또는 임시 광학 역반사기로 대략적인 정렬이 수행될 수 있다.

도 27a 및 도 27b를 참조하면, 송신기가 빔 스티어러로서 광학 위상 어레이(2700)를 사용하고, 수신기-측 렌즈(2702)가 조정 가능한 경우, 빔 발산 및 관측 시야는 제1 광을 찾는 것을 돕기 위해 검출기 어레이(2704) 상의 넓은 각도 범위(도 27a)로 초기에 설정될 수 있고, 그 후 최적의 데이터 송신을 위해 좁혀진 각도 범위(도 27b)로 포커싱될 수 있다.

본 개시내용이 특정 실시예들과 관련하여 설명되었지만, 본 개시내용은 개시된 실시예들로 제한되는 것이 아니라, 반대로, 첨부된 청구항들의 범위 내에 포함되는 다양한 수정들 및 등가의 배열들을 커버하도록 의도되며, 그 범위는 법률 하에서 허용되는 바와 같은 모든 그러한 수정들 및 등가의 구조들을 포함하도록 가장 넓은 해석을 부여받아야 한다는 점이 이해되어야 한다.

Claims

원격 노드와의 광학 통신을 위한 장치로서,
상기 원격 노드로부터 적어도 하나의 광학 빔의 적어도 일부분을 수신하도록 구성되는 수신기 모듈 - 상기 수신기 모듈은:
광학 검출기 모듈들의 적어도 하나의 어레이, 및
상기 광학 검출기 모듈들을 제어하고, 상기 광학 검출기 모듈들 중 하나 이상으로부터의 하나 이상의 신호에 기초하여 강도 정보를 제공하도록 구성되는 회로부
를 포함함 -; 및
적어도 하나의 광학 빔을 상기 원격 노드로 송신하도록 구성되는 송신기 모듈 - 상기 송신기 모듈은:
상기 원격 노드로 송신되는 상기 광학 빔을 제공하는 적어도 하나의 광학 위상 어레이, 및
상기 원격 노드로부터 강도 정보를 수신하고, 상기 원격 노드로부터 수신된 상기 강도 정보에 기초하여 상기 원격 노드로 송신된 상기 광학 빔을 스티어링하도록 상기 광학 위상 어레이를 제어하도록 구성되는 회로부
를 포함함 -
을 포함하는, 장치.
제1항에 있어서, 상기 광학 검출기 모듈들의 어레이는 각각의 광전류를 대응하는 증폭기에 각각 제공하는 광다이오드들의 2차원 어레이를 포함하는, 장치.
제2항에 있어서, 상기 광다이오드들은 애벌란시 광다이오드들을 포함하고, 상기 증폭기들은 트랜스임피던스 증폭기들을 포함하는, 장치.
제2항에 있어서, 상기 수신기 모듈의 상기 회로부는, 상기 대응하는 증폭기에서의 상기 광전류를 임계값과 비교하는 것에 적어도 부분적으로 기초하여 파워 온되는 모든 상기 증폭기들보다 적은 수의 증폭기들의 부분집합을 결정하도록 구성되는, 장치.
제2항에 있어서, 상기 수신기 모듈의 상기 회로부는 상기 광학 빔의 적어도 일부분을 수신하고 있는 상기 광다이오드들의 제1 부분집합, 및 다른 광학 빔의 적어도 일부분을 수신하고 있는 상기 광다이오드들의 제2 부분집합을 결정하도록 구성되는, 장치.
제1항에 있어서, 상기 수신기 모듈은 상기 광학 빔을 코히어런트하게 수신하기 위한 코히어런트 로컬 오실레이터 빔을 제공하는 광원을 더 포함하는, 장치.
제6항에 있어서, 상기 광원은 다수의 광학 빔들을 동시에 코히어런트하게 수신하기 위한 다수의 코히어런트 로컬 오실레이터 빔들을 제공하는, 장치.
제1항에 있어서, 상기 원격 노드로부터의 상기 강도 정보는, 적어도 자유 공간 광학 통신 링크의 셋업 동안, 상기 원격 노드와의 상기 자유 공간 광학 통신 링크로부터 분리된 사이드-채널 네트워크를 통해, 상기 송신기 모듈의 상기 회로부에 의해 수신되는, 장치.
제8항에 있어서, 상기 원격 노드로부터의 추가적인 강도 정보는 상기 자유 공간 광학 통신 링크의 셋업 이후에 상기 자유 공간 광학 통신 링크를 통해 상기 광학 위상 어레이를 제어하기 위해 상기 송신기 모듈의 상기 회로부에 의해 수신되는, 장치.
제1항에 있어서, 상기 수신기 모듈은 상기 광학 검출기 모듈들의 어레이에 근접한 마이크로렌즈 어레이를 더 포함하는, 장치.
제10항에 있어서, 상기 수신기 모듈은 상기 마이크로렌즈 어레이에 근접하게 광을 포커싱하도록 구성되는 적어도 하나의 렌즈를 더 포함하는, 장치.
제11항에 있어서, 상기 마이크로렌즈 어레이와 상기 렌즈 사이의 거리는 상기 렌즈의 초점 거리보다 적어도 5%만큼 더 크거나 더 작은, 장치.
제1항에 있어서, 상기 수신기 모듈은 상기 광학 검출기 모듈들의 어레이에 근접하게 광을 포커싱하도록 구성되는 적어도 하나의 렌즈를 더 포함하는, 장치.
제13항에 있어서, 상기 광학 검출기 모듈들의 어레이와 상기 렌즈 사이의 거리는 상기 렌즈의 초점 거리보다 적어도 5%만큼 더 크거나 더 작은, 장치.
제1항에 있어서, 상기 광학 검출기 모듈들의 어레이는 광자 집적 회로 내의 광검출기들의 어레이를 포함하는, 장치.
제1항에 있어서, 상기 광학 위상 어레이는 각각의 광학 위상 시프터에 각각 커플링되는 광학 방출기들의 2차원 어레이를 포함하고, 상기 광학 위상 시프터들에 인가되는 각각의 위상 시프트 신호들은 적어도 제1 평면 내에서 상기 원격 노드로 송신되는 상기 광학 빔의 전파 축의 스티어링을 제어하는, 장치.
제16항에 있어서, 상기 광학 위상 시프터들에 인가되는 각각의 위상 시프트 신호들은 상기 제1 평면에 수직인 제2 평면 내에서 상기 원격 노드로 송신되는 상기 광학 빔의 상기 전파 축의 스티어링을 제어하는, 장치.
제16항에 있어서, 상기 광학 방출기들로부터 방출된 광학 파들의 파장 튜닝은 상기 제1 평면에 수직인 제2 평면 내에서 상기 원격 노드로 송신되는 상기 광학 빔의 상기 전파 축의 스티어링을 제어하는, 장치.
원격 노드와의 광학 통신을 위한 방법으로서,
적어도 하나의 광학 빔을 상기 원격 노드로 송신하는 단계;
상기 원격 노드로부터 적어도 하나의 광학 빔의 적어도 일부분을 수신하는 단계;
상기 원격 노드로부터 수신된 상기 광학 빔의 상기 일부분을 검출하는 광학 검출기 모듈들의 어레이 내의 하나 이상의 광학 검출기 모듈로부터의 하나 이상의 신호에 기초하여 강도 정보를 제공하는 단계; 및
상기 원격 노드로부터 수신된 강도 정보에 기초하여 상기 원격 노드로 송신된 상기 광학 빔을 스티어링하도록 적어도 하나의 광학 위상 어레이를 제어하는 단계
를 포함하는, 방법.
제19항에 있어서, 상기 원격 노드로부터의 상기 강도 정보는 적어도 자유 공간 광학 통신 링크의 셋업 동안, 상기 원격 노드와의 상기 자유 공간 광학 통신 링크로부터 분리된 사이드-채널 네트워크를 통해, 송신기 모듈의 회로부에 의해 수신되는, 방법.