TW201947894A - 整合式光學共振檢測器 - Google Patents

整合式光學共振檢測器 Download PDF

Info

Publication number
TW201947894A
TW201947894A TW108112543A TW108112543A TW201947894A TW 201947894 A TW201947894 A TW 201947894A TW 108112543 A TW108112543 A TW 108112543A TW 108112543 A TW108112543 A TW 108112543A TW 201947894 A TW201947894 A TW 201947894A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
optical
signal
resonator
detector
photodetector
Prior art date
Application number
TW108112543A
Other languages
English (en)
Inventor
安德魯 柯瓦雷維克茲
蓋瑞 Ｍ 葛雷瑟佛
班傑明 Ｐ 多爾金
Original Assignee
美商雷神公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 美商雷神公司 filed Critical 美商雷神公司
Publication of TW201947894A publication Critical patent/TW201947894A/zh

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/60—Receivers
    • H04B10/66—Non-coherent receivers, e.g. using direct detection
    • H04B10/67—Optical arrangements in the receiver
    • H04B10/671—Optical arrangements in the receiver for controlling the input optical signal
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/60—Receivers
    • H04B10/66—Non-coherent receivers, e.g. using direct detection
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/60—Receivers
    • H04B10/66—Non-coherent receivers, e.g. using direct detection
    • H04B10/67—Optical arrangements in the receiver
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/60—Receivers
    • H04B10/66—Non-coherent receivers, e.g. using direct detection
    • H04B10/67—Optical arrangements in the receiver
    • H04B10/676—Optical arrangements in the receiver for all-optical demodulation of the input optical signal

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)
  • Spectrometry And Color Measurement (AREA)
  • Mechanical Light Control Or Optical Switches (AREA)

Abstract

光共振器光學檢測器以及將其併入之光學接收器系統，在一項實例中，一光學共振檢測器包括具有一光學窗口之一外罩、設置在該外罩內之一光檢測器、以及設置成與該外罩內之該光檢測器光學對準並且置於該光學窗口與該光檢測器之間的一光學共振器，該光學共振器被組配用以經由該光學窗口接收一輸入光學信號、及用以向該光檢測器提供一輸出光學信號。

Description

整合式光學共振檢測器
相關申請案交互參照
本申請案依據35 U.S.C. § 119(e)及PCT第8條主張2018年4月12日提出申請且題為「INTEGRATED OPTICAL RESONANT DETECTOR」之共同待決美國臨時申請案第62/656,811號的權益，其完整揭露就所有目的係以參考方式併入本文。
本揭示係有關於整合式光學共振檢測器。
光波可藉由調變來攜載資訊，諸如藉由調變通常係一雷射源之一光源來攜載，用以變更光之各種性質，諸如其振幅、相位、頻率、波長等。光波可處於可見光譜帶、紅外線光譜帶、或電磁波譜之另一區域中。在一些狀況中，諸如一射頻信號之一基本信號可經由調幅、調相、或調頻、或以上的任何組合來調變，並且光源可藉由該基本信號來調變。光學接收器接收光波，並且測量光波之性質或變化，諸如振幅、相位轉變、及類似者，可從其恢復基本信號及/或資訊。
光信號之各種調變可包括調相及調幅。以調相及調幅編碼之資訊可包括傳送之通訊資料，或可包括其他資訊，諸如與光學信號之來源有關之資訊、光學信號與一物體之相互作用及/或光學通道，光學信號透過該光學通道行進。能夠將調相解調變之習知接收器可非常複雜，需要精密光學器件、本地振盪器、光柵(諸如光纖布拉格光柵)、及/或延遲線干涉儀(DLI)等。用於高階同調編碼信號之接收器大致需要多個檢測器、作為本地振盪器(LO)之頻率控制雷射、以及有效數位信號處理(DSP)。
本文中所述之態樣及實例提供用於將一光學共振器與一光電轉換器(例如：一光檢測器、光二極體)整合以供檢測及解調變光學信號之系統及方法。某些實例包括一光檢測器，該光檢測器具有一光學共振器，諸如一法布里-伯羅(Fabry-Perot)型濾波器/共振器/標準具，與該光檢測器整體耦合以形成適用於與一處理系統合併以接收及解調變光學信號之單一單元。
根據各項態樣及實施例，提供將一光學共振器與一光檢測器整合之光學信號接收器組件及方法。光學共振器回應於一抵達光學信號中之調變，以向光檢測器提供一強度調變輸出光學信號。光檢測器回應於強度調變輸出光學信號(來自光學共振器)以提供一調幅電氣信號。光學共振器及光檢測器可在製作時充分整體形成及/或對準，以適用於在一接收器系統中操作。
根據一項實施例，一光學共振檢測器包含具有一光學窗口之一外罩、設置在該外罩內之一光檢測器、以及設置成與該外罩內之該光檢測器光學對準並且置於該光學窗口與該光檢測器之間的一光學共振器，該光學共振器被組配用以經由該光學窗口接收一輸入光學信號、及用以向該光檢測器提供一輸出光學信號。
在一項實例中，該光學共振器及該光檢測器係整體形成為不受損無法分離之一單式結構。
在一項實例中，該光學共振檢測器更包含在該光學窗口之一表面上形成之一抗反射塗層。
在一項實例中，該光學共振器係該光學窗口之一內部中形成之一標準具。在另一實例中，該光學共振器係該光學窗口之一表面上形成之一標準具。
在一項實例中，該光學共振檢測器更包含上有形成該光檢測器之一基板。
在另一實例中，該光學共振檢測器更包含置於該光學共振器與該光檢測器之間並被組配用以將該輸出光學信號聚焦到該光檢測器裡之一透鏡。在另一實例中，該光學共振檢測器更包含一機械致動器，該機械致動器被組配用以回應於一控制信號而調整該光學共振器、該光檢測器、及該透鏡其中至少一者之一實體位置。
根據另一實施例，一種光學接收器包含一光共振檢測器，其包括一光檢測器與一光學共振器之一整體形成且光學對準組合，該光學共振檢測器被組配用以接收一輸入光學信號，並且用以基於該輸入光學信號而提供一電氣信號，該電氣信號之一調幅代表該輸入光學信號之一調變，一類比數位轉換器，其被組配用以從該光共振檢測器接收該電氣信號，並且將該電氣信號轉換成一數位信號，以及一數位處理子系統，其被組配用以接收並處理該數位信號。
在一項實例中，該光共振檢測器更包括具有一光學窗口之一外罩，該光檢測器及該光學共振器係設置在該外罩內，並且布置成使得該光學共振器係置於該光學窗口與該光檢測器之間。在另一實例中，該光學共振器被組配用以經由該光學窗口接收該輸入光學信號，並且用以向該光學檢測器提供一輸出光學信號，該光學檢測器被組配用以將該輸出光學信號轉換成該電氣信號，該輸出光學信號具有代表該輸入光學信號之該調變的一強度調變。在一項實例中，該光學共振器係該光學窗口之一內部中形成之一標準具。在另一實例中，該光學共振器係該光學窗口之一表面上形成之一標準具。在另一實例中，該光共振檢測器更包括在該光學窗口之一表面上形成之一抗反射塗層。
根據另一實施例，一種光學接收器包含一光共振檢測器，其包括具有一光學窗口之一外罩、設置在該外罩內之一光檢測器、以及設置成與該外罩內之該光檢測器光學對準並且置於該光學窗口與該光檢測器之間的一光學共振器，該光學共振器被組配用以經由該光學窗口接收一輸入光學信號、及用以向該光檢測器提供一輸出光學信號，該光檢測器被組配用以將該輸出光學信號轉換成一電氣信號，一類比數位轉換器，其被組配用以從該光共振檢測器接收該電氣信號，並且將該電氣信號轉換成一數位信號，以及一數位處理子系統，其被組配用以接收並處理該數位信號。
在一項實例中，該光學共振器係被組配用以提供該輸出光學信號之一標準具，該輸出光學信號具有代表該輸入光學信號之一調變的一強度調變，並且其中該電氣信號具有代表該輸出光學信號之該強度調變的一調幅。在另一實例中，該光共振檢測器更包括置於該光學共振器與該光檢測器之間並被組配用以將該輸出光學信號聚焦到該光檢測器裡之一透鏡。在另一實例中，該光共振檢測器更包括一機械致動器，該機械致動器被組配用以回應於一控制信號而調整該光學共振器、該光檢測器、及該透鏡其中至少一者之一實體位置。
在一項實例中，該光學共振器及該光檢測器係整體形成為不受損無法分離之一單式結構。
在另一實例中，該光共振檢測器更包括在該光學窗口之一表面上形成之一抗反射塗層。
根據一項實施例，一種形成一光學共振檢測器之方法包括形成一光檢測器、以及形成與該光檢測器整合之一光學共振器。
在一項實例中，該光檢測器及該光學共振器各係使用一半導體製作技巧所形成。在一項實例中，形成與該光檢測器整合之該光學共振器包括在光檢測器上形成該光學共振器。在另一實例中，形成與該光檢測器整合之該光學共振器包括在該光學共振器上形成該光檢測器。在另一項實例中，該光學共振器及該光檢測器其中一者是在該光學共振器及該光檢測器之另一者內部形成。
下文詳細論述再其他態樣、實例、及優點。本文中所揭示之實施例可採用與本文中所揭示之原理中之至少一者一致之任何方式與其他實施例組合，並且對「一實施例」、「一些實施例」、「一替代實施例」、「各項實施例」、「一項實施例」或類似者之諸參照不必然互斥，並且係意欲指出至少一項實施例中可包括所述之一特定特徵、結構、或特性。本文中此類用語之出現不必然全都意指為相同實施例。本文中所述之各項態樣及實施例可包括用於進行任何所述方法或功能之構件。
本文中所述之態樣及實施例允許使用各種光學共振器對複雜編碼格式進行解調變，並且包括將一光學共振器與一光檢測器合併之方法及系統。
要了解，本文中所論述之方法及設備之實施例在應用中不受限於以下說明中所提、或附圖中所示之組件之構造及布置結構之細節。該等方法及設備能夠在其他實施例中實施，並且能夠以各種方式實踐或實行。具體實作態樣之實例在本文中係僅為了說明性目的而提供，並非意欲提供限制。同樣地，本文中使用的措辭與術語目的在於說明，並且不應該視為限制。「包括」、「包含」、「具有」、「含有」、「涉及」、及其變體在本文中之使用旨在含括下文所列之項目及其均等件、以及附加項目。對「或」之引用可視為具有含納性，以使得使用「或」所述之任何用語可指出單一、多於一個、以及全部所述用語中任何一者。對前與後、左與右、頂端與底端、上與下、以及垂直與水平之任何引用係意欲便於說明，並非意欲將本案之系統及方法或其組件限制於任何一個位置性或空間性方位。
就本揭露之目的而言，並且如所屬技術領域中具有通常知識者將理解的是，光、光信號、及光學信號等用語可在本文中交換使用，並且大致意指為透過一給定介質傳播之一電磁信號，該介質可以是空白空間，例如一真空，或可以是大氣，例如空氣、或其他介質，諸如纖維或其他光學組件。光、光信號、及光學信號等用語並非旨在暗指光之任何特定特性，諸如頻率或波長、頻段、同調性、光譜密度、品質因子等，並且可包括無線電波、微波、紅外線、可見光、及/或紫外線電磁輻射、或依照習知在光學器件領域中處理之其他非電離電磁輻射。因此，光、光信號、光學、或光學信號等用語中可包括能夠採用與本文中所述相似之方式與一適合的共振器相互作用之任何適合的電磁輻射。再者，除非上下文另有清楚指示，否則變化、轉變、變更及移位等用語諸如當用於相位變化、相位轉變、相變、及相移時、或當用於振幅變化、振幅轉變、幅變、及幅移時，得以在本文中交換使用。
圖1A至1C繪示用於各種調變方案之信號星座圖之實例，包括QPSK (圖1A)及QAM (圖1B至1C)。所示星座圖、以及M-PSK及QAM之低階與高階星座圖可藉由將本文中所述系統及方法併入之接收器來容納、檢測及解調變。各星座圖上之各點代表具有某一振幅A、及相位Φ之一光學信號。各星座圖上從一個點到另一點之一轉變可包括一振幅變更、一相位變更、或以上兩者。舉例而言，調變轉變110包括ΔA = A2 – A1 之一振幅變更、以及Δφ = φ2 – φ1 之一相位變更。追蹤振幅變更與相位變更之一接收器舉例來說，亦可藉此參照一任意起始相位來追蹤所接收光學信號之絕對振幅與相位。
任何相移或幅移都可造成一共振器之輸出信號出現一變化。舉例而言，一相移可造成輸出中出現一暫態干擾，而一幅移可造成輸出安定處於一新輸出強度。因此，來自一光學共振器之輸出信號強度可攜載與一抵達光學信號之調相與調幅所攜載之資訊類似之資訊。再者，來自一光學共振器之輸出信號強度可藉由一檢測器來檢測，例如藉由一光檢測器來檢測，以產生具有一振幅之電氣信號，該振幅指出抵達光學信號之調相與調幅。因此，光檢測器之電氣信號之適當處理(例如，經由信號處理之分析，該信號處理可包括執行一指令集之一處理器)可恢復對抵達光學信號進行調變時所編碼之資訊。根據本文中所述之態樣及實施例之系統及方法允許將光學共振器及一檢測器整體設置為一緊湊且堅固之組件。
請參照圖2，所示為一光學接收器200之一實例，其可受惠於本文中所論述之各種實例。所示接收器200接收一光學信號210，並且包括一光學共振器230及提供一輸出270之一數位處理子系統250。舉例而言，光學共振器230可藉由一光檢測器242及一類比數位轉換器244耦合至數位處理子系統250。
光學共振器230之實例可包括法布里-伯羅標準具、各種體共振器或其他類型之共振器。光學共振器230係一種能夠感測轉變之組件，諸如相位轉變，其代表所接收光學信號210之調變，並且能夠將該等轉變變換成一輸出光學信號之強度調變，該輸出光學信號例如為輸出光學信號232。光學共振器230部分地藉由抵達光學信號210與光學共振器230中所堆積或保持之光學信號能量的相互作用來轉換抵達光學信號210之調變。
由一光學共振器230所接收之一光學信號可建立一穩態條件，其中光學信號能量持續抵達共振器、累積或加入存在於共振器內部之所堆積能量、以及以一恆定率從共振器出射。光學信號之抵達相位、頻率、或振幅之變更可破壞穩態條件，並且藉此破壞從共振器出射之光強度，直到重新建立一穩態條件為止。因此，抵達光學信號210之相位、頻率、或振幅之變更造成出光學信號232之一強度變更。因此，一光學共振器230作用為用於一光學信號210之一解調器或一調變轉換器。出射光學信號232可因此攜載與抵達光學信號210相同之資訊內容，但是採用的是強度調變形式。
舉例而言，可藉由諸如一光二極體之光檢測器242將出射強度調變光學信號232轉換成一電氣信號。因此，光檢測器242之輸出可以是代表強度調變光學信號232之一調幅信號。某些實施例可包括一光學器件234，例如一聚焦透鏡，用以修改輸出光學信號232，諸如用以向光檢測器242提供一聚焦光學信號236。可藉由一類比數位轉換器，例如ADC 244，將光檢測器242之輸出轉換成一數位形式。向數位處理子系統250提供數位信號以供數位處理。數位處理子系統250處理數位信號以取回光學信號210之資訊攜帶內容。某些實例可使用類比接收器電路系統，以及從而可省略ADC 224，並且包括類比處理，而不是一數位處理系統250。
如上述，適合的光學共振器可包括標準具或其他結構。一標準具之至少一項實例之一些細節係參照圖3作論述，其繪示一標準具300之一實例。特別的是，標準具300可用於將所接收光學信號210之調相及/或調幅轉換成輸出光學信號232之強度調變。接著可藉由光檢測器242將強度調變輸出光學信號232轉換成一電氣信號。
2017年8月17日提出申請且題為「SYSTEMS AND METHODS FOR DEMODULATION OF PHASE MODULATED OPTICAL SIGNALS」之共同待決美國專利申請案第15/679,470號、2017年10月5日提出申請且題為「SYSTEMS AND METHODS FOR DEMODULATION OF PSK MODULATED OPTICAL SIGNALS」之共同待決美國專利申請案第15/725,457號、以及2017年11月17日提出申請且題為「DEMODULATION OF QAM MODULATED OPTICAL BEAM USING FABRY-PEROT ETALONS AND MICRORING DEMODULATORS」之共同待決美國專利申請案第15/816,047號中可發現一光學共振器與一光檢測器相配合作用以檢測及解調變相位、振幅、及/或其他調變之操作之各項細節，各該專利申請案之完整揭露就所有目的係以參考方式併入本文。
圖3繪示一標準具300之一實例，其包括具有一光學內部尺寸L (例如：厚度302)之一內部304，還具有將光學信號能量反射到內部304裡之半反射表面306、308。一輸入側312允許諸如光學信號210之光學信號能量進入內部304。輸入側312藉此形成一孔隙，抵達光學信號210係透過該孔隙來接收。一輸出側322至少部分地藉由半反射表面306之作用來形成一光學輸出，以允許來自內部304之遭受截取光學信號能量之一部分作為一輸出光學信號出射，諸如輸出光學信號232。因此，半反射表面306亦具有半透射性，使得(從內部304)抵達半反射表面306處之光信號能量被部分地反射回到內部304，並且部分地被透射穿過至輸出側322。標準具300可具有不同反射率位準之半反射表面306、308。在某些實例中，可將反射率表達為反射回內部304裡之光振幅之一部分，或表達為反射回內部304裡之光強度之一部分。在一特定實例中，第一半反射表面308之一振幅反射率可以是r1 = 0.999，並且第二半反射表面306之一振幅反射率可以是r2 = 0.985。在其他實例中，第一與第二半反射表面各者之反射率可不同，並且對於一特定實作態樣可以是任何適合的值。標準具300根據本文中所述之態樣及實施例，係一適合的光學共振器之一項實例。
「標準具」一詞在本揭露各處之使用非意欲作為限制，並且於本文中使用時，可包括多種結構中任何一者，包括具有反射表面之板子、以及之間具有各種材料之平行反射鏡，而且還可稱為空腔、干涉儀、及類似者。本文中之光學共振器包括習知特性之結構、以及可包括範圍相較於習知實例可較低之內部反射率的結構。另外，可將標準具結構形成為一積層、層件、膜、塗層、或類似者。
在一些實例中，一標準具可包括不共面及/或不共線之反射表面(包括半反射表面)。舉例而言，在一些實例中，一標準具之一內部反射表面可包括一些曲率，並且亦可使一對立表面彎曲，使得介於這兩個表面之間的一距離跨標準具之各種區域實質恆定。在其他實例中，一標準具可具有非線性或非平面表面，各種區域處之該等表面之間具有不同距離，並且仍然可作用為用於各種波長及位處各種區域之一光學共振器，適合在本文中所論述之實例中使用。因此，在某些實例中，可特意設計及製作一標準具以符合一表面，或回應於不同波長、或回應於一給定波長之不同到達角具有各種區域。
圖4繪示一已封裝光檢測器400之一實例，其可適合在類似於圖2所示之一光學接收器中使用，例如用作為光檢測器242。光檢測器400包括檢測器402，其可例如藉由習知半導體製作技巧(例如：一光二極體)來形成。可包括一基板404，其上形成檢測器402，並且其可向檢測器402提供實體支撐及結構完整性。連同保護檢測器402及基板404免受外部環境影響之一窗口408，可在一封裝406中，諸如電晶體外形(TO)箱或罐(例如：桶)中，含有位在基板404上之檢測器402，窗口408還允許光學信號穿過。一窗口408之各種實例可由晶體、玻璃、塑料等所構成。
根據某些實例，諸如標準具300之一光學共振器隨附諸如光檢測器400之一光檢測器，使得其係一起設置在單一封裝中、及/或設置為一整體組件，例如光檢測器之一部分上形成之一光學共振器。因此，在各項實施例中，光學共振器可實質直接向光檢測器提供一輸出光學信號，以供轉換成一電氣信號，並且光學共振器與光檢測器可在製作時充分對準，以適合在部署為或用作為一接收器中之一組件時操作。在一些實施例中，附加光學器件可設置在光學共振器與光檢測器之間，並且在一些實施例中，此類附加光學器件可具有可調整性。在一些實施例中，可提供機械組件，其允許光學共振器或光檢測器擇一、或兩者之組合進行些微實體調整，以允許例如對一抵達光學信號之一入射角進行對準校正及/或調整。
圖5A繪示一光學接收器500a之一實例，其類似於圖2之光學接收器200，但包括一光共振檢測器510。光共振檢測器510包括一標準具(例如：標準具300)及整體形成為一光學對準組件之一光檢測器(例如：光檢測器242)。標準具300與光檢測器242在製作時光學對準、未被組配成可分離、可一起形成為一多步階半導體及/或薄膜製作技巧、及/或可組裝在一封裝或外罩中(例如，含有光學共振器及光檢測器兩者)而適合部署在一光學接收器中。
在各項實施例中，光學共振器可在一光檢測器基板上整體形成或與之整體形成，及/或在一光檢測器封裝之諸如一玻璃或晶體窗口之一「窗口」上整體形成或與之整體形成。光學共振器可藉由各種製作技巧，在光檢測器本身上、或在一窗口上形成為一塗層、薄膜、積層、透膜、隔件、覆蓋物等，並且可藉此包括等級為一波長之一部分、些許波長、數十或數百波長(或更多波長)之實體尺寸，使得光學共振器可對一抵達光學信號之變化作出高度回應。舉例而言，更小實體尺寸之一標準具可比更大實體尺寸之一標準具更快達到穩態(例如，相較於一厚標準具，對於一窄標準具，標準具中光學信號能量堆積之時間可更短)，並且一小標準具中之穩態條件可更輕易地受抵達光學信號之一變化干擾。因此，整體形成之標準具可能夠提供非常高鮑率之調變轉換，其中如相較於更低鮑率，抵達光學信號包括一高轉變率，例如以非常靠近之時間發生之轉變。再者，一光學共振器可由可具有各種折射率之各種材料所製作，使得該光學共振器之一光學長度可顯著有別於各項實施例中光學共振器之實體長度(或厚度)。
圖5B繪示一光學接收器500b之另一實例，其類似於光學接收器500a，差別在於光學接收器500b中之一光學共振檢測器520之再一實例包括可採用各種方式調整光學信號232之內部光學器件234，諸如藉由將光學信號232聚焦到聚焦光學信號236裡來調整。正如光學共振檢測器510，光學共振檢測器520包括連同光學器件234整體形成為一光學對準組件之一標準具(例如：標準具300)及一光檢測器(例如：光檢測器242)。
圖6A繪示一光學共振檢測器510a之一第一實例。光學共振檢測器510a包括一標準具602作為一已封裝光檢測器之一窗口之部分、或者在一些實施例中作為該窗口本身。在一些實施例中，標準具602對一窗口結構可以是內部，並且在一些實施例中可被合夾在兩個窗口結構之間。在各項實施例中，標準具602按照一封裝604之形式(例如：一張力或壓力配件)與一檢測器606保持適合的光學對準，及/或可藉由黏附劑或各種其他固定構件保持在封裝604內之適當位置。類似的是，在標準具602位於一窗口內或合夾在兩個窗口結構之間的實施例中，該(等)窗口結構可藉由黏附劑來壓力配合或保持、或藉由替代構件來固定。再者，在標準具602位於一窗口內、或合夾於兩個窗口結構之間的實施例中，該(等)窗口結構之一或多個部分可包括一抗反射塗層，用以防止該(等)窗口結構當作可能按其他方式干涉標準具602操作之一附加反射表面(例如，防止該(等)窗口結構類似於一例如標準具300之半反射表面306、308作用)。
圖6B繪示一光學共振檢測器510b之一第二實例。光學共振檢測器510b包括在一窗口結構之一表面上形成之一標準具612，該表面舉例如作為一塗層、膜、積層等，其可包括多個層件(例如，用以形成半反射表面及內部區域，如以上對照圖3所述)。在各項實施例中，此一標準具612可在一窗口(如所示)之一內部表面上、在窗口部分與檢測器材料之間、或在窗口之一前表面及/或外部表面上形成。在一些實施例中，光共振檢測器510b可在窗口之一或多個部分上包括一或多個抗反射塗層618，其如上述，可防止窗口結構當作可能按其他方式干涉標準具612操作之一附加反射表面。
窗口之一表面上形成之一標準具612可使用各種積層、膜、塗層及/或半導體製作技巧來製作。在一些狀況中，一標準具612之各種層件可被形成為例如為了諸如反射率、透射率、折射率等光學特性而適當地選擇之各種材料之一逐層半導體生長技巧(例如，用以導致一薄而精密之共振器)、以及由各種厚度所構成，該等厚度係經選擇以令所產生之標準具612具有不同效能及光學響應特性，諸如調諧至一特定波長及/或為了諸如穩態輸出位準、暫態信號形狀、及響應時間(例如：暫態響應及返回到穩態之時序)等所欲操作特性所選擇之參數。
圖6C繪示一光共振檢測器510c之一第三實例。光共振檢測器510c包括在一檢測器626之一表面上形成之一標準具622。如上述，可將標準具622形成為一塗層、膜、積層等，其在一些實施例中可逐層形成。標準具622可使用各種積層、膜、塗層及/或半導體製作技巧在檢測器626上製作，並且在一些實施例中，可隨著檢測器626之製作之一或多個步驟包括標準具622。在一些實施例中，光共振檢測器510c可在一窗口之一或多個部分上包括一或多個抗反射塗層628，其如上述，可防止窗口當作可能按其他方式干涉標準具622操作一附加反射表面。在一些實施例中，具有整體形成之標準具622的檢測器626可形成可設置成沒有一窗口或一封裝之一光共振檢測器510d。在各項實施例中，檢測器626可形成上有形成標準具622之一基板。類似的是，在各項實施例中，標準具622可形成上有形成檢測器626之一基板。在一些實施例中，形成一光學共振器之各種材料、及形成一光檢測器之各種材料可一起生長，使得該光檢測器可視為存在於該光學共振器內部、或該光學共振器可視為存在於該光檢測器內部，以根據本文中之態樣形成一光共振檢測器。
在各項實施例中，一光學共振器可使用各種積層、膜、塗層及/或半導體製作技巧來形成，以將一適當薄之標準具無論是否當作一光學共振器獨立使用都設置在各種材料或基板上、或設置在用於一光檢測器之一窗口上、設置在一光檢測器本身上、或按其他方式設置成與一光檢測器合併。
根據本文中所述之態樣及實施例，一光共振檢測器之各項實施例中可包括各種選項。舉例而言，並且請參照圖7A，例如可在介於一標準具300與一檢測器402之間的一封裝內提供各種類型之光學器件702中任何一者，諸如透鏡，以將來自標準具300之光聚焦到檢測器404上，並且予以包括在一光共振檢測器520中。此類光學器件702可藉由壓力配件(例如，一封裝或桶)、黏附劑、或其他構件來固定在適當位置。在一些實施例中，此類光學器件702可設置有微機械調整，以在投入服務時允許對準及/或焦點調整。
圖7B繪示併入一光共振檢測器510e之再一實例中之再一選項之一實例。在這項實例中，機械致動器704係設置在光共振檢測器510e中，其舉例而言，可調整一標準具300之一實體位置及/或傾斜，以調整一抵達光學信號210之一光學對準及/或一入射角。此類機械致動器704舉例而言，可以是對用於控制之電氣信號作出回應之壓電組件或其他機電致動器，或舉例而言，可以是可對加速度、聲學、或抵達光學信號作出回應之其他形式之機械致動器。
在各項實施例中，根據本文中之態樣及實施例，可將整合式光學器件702及/或整合式機械致動器704組合在一或多個光共振檢測器中。舉例而言，在一些實施例中，整合式機械致動器704可被組配用以對光學器件702進行機械調整。亦如圖7B所示，在某些實例中，可在窗口上塗敷一抗反射塗層618，如上述。
應了解的是，由一抵達光信號之調變所造成之輸出強度變化可隨著一光學共振器之共振實體尺寸而變化，諸如一標準具之尺寸長度、以及其製造準確度，例如標準具對一或多個波長之調諧好壞程度。相對於具有一更大共振尺寸之已調諧標準具，來自具有一更小尺寸長度之一已調諧標準具的輸出強度係更快地遭受一輸入信號轉變破壞，並且在此一轉變之後更快地重建一穩態。另外，相對於製造成一更不準確容差之一標準具，製造成一更準確容差之一標準具，即對一特定波長調諧準確度更大之標準具，可提供一更高穩態輸出信號強度，並且可對輸入信號轉變呈現更大靈敏度。
各項實施例可基於特定設計準則並為了適應不同操作特性而具有各種標準具尺寸及容差。在一實例中，可選擇各種標準具尺寸及容差以折衷或平衡標準具對一抵達光學信號之轉變作出回應之強度及/或速度、以及標準具在一轉變後返回到穩態之趨近速度及/或強度大小。另外，可針對一特定資料率及/或一特定波長，選擇各種標準具尺寸及容差以最佳化一接收器，諸如接收器500a、500b。
根據本文中之態樣及實施例，與一光檢測器在一封裝上整體形成、及/或在該封裝中整體包括之標準具可藉由各種積層、膜、塗層、及/或半導體製作技巧來形成，諸如但不限於：化學、氣相及/或離子沉積技巧；生長(例如：晶體、半導體、矽)；包覆；掩蔽；蝕刻；擴散；噴塗等。
某些實施例可合併各種附加態樣或組件，以進一步提供一個光信號相對於另一光信號之選擇性。舉例而言，透過使用頻率選擇性濾波器、頻率選擇性塗層、及/或藉由選擇一光學共振器或其他共振結構之頻率選擇性尺寸或其他特徵，可偏好或拒絕某些波長之光。
本文中所述之態樣及實施例有許多優點。舉例而言，光學組件可比習知系統所需者成本更低或複雜度更低，諸如允許已塗覆或未塗覆之玻璃，而不是晶體或昂貴之塗層。諸如標準具用於將調相轉換成強度調變之光學共振器之使用可有助益地被設計成合併濾波(舉例而言，經由共振尺寸例如拒絕不需要的信號)，這可使信號對雜訊特性獲得改善。根據本文中所述之態樣及實施例可令人滿意地在會使適應性光學器件故障之極端像差或紊流中操作。再者，根據本文中所述之態樣及實施例可實現具有低尺寸、重量、功率、及成本要求之自由空間光學通訊，改善對於諸如無人航空載具及微衛星等平台之支援。
因此，已說明至少一項實施例之數項態樣，要了解所屬技術領域中具有通常知識者將可輕易想到各種更改、修改、及改良。此類更改、修改、及改良係意欲成為本揭露之部分，並且係意欲在本揭露之範疇內。因此，前面之說明及附圖僅作為實例。
200、500a、500b‧‧‧光學接收器
210‧‧‧光學信號
230‧‧‧光學共振器
232‧‧‧輸出光學信號
234、702‧‧‧光學器件
236‧‧‧聚焦光學信號
242‧‧‧光檢測器
244‧‧‧ADC
250‧‧‧數位處理子系統
270‧‧‧輸出
300、602、612、622‧‧‧標準具
302‧‧‧厚度
304‧‧‧內部
306、308‧‧‧半反射表面
312‧‧‧輸入側
322‧‧‧輸出側
400‧‧‧已封裝光檢測器
402、606、626‧‧‧檢測器
404‧‧‧基本
406、604‧‧‧封裝
408‧‧‧窗口
510、510a~510e、520‧‧‧光共振檢測器
618、628‧‧‧抗反射塗層
704‧‧‧機械致動器
至少一項實施例之各項態樣係於下文參照附圖論述，該等附圖非意欲按照比例繪示。包括附圖是為了繪示及進一步理解各項態樣及實施例，以及該等附圖被併入且構成本說明書之一部分，但非意欲作為本揭露之限制之一定義。在圖式中，各種圖式中所示的各等同或幾乎等同組件係藉由一相似符號來代表。為求清楚，並非每個組件都可在每張圖式中標示。圖式中：
圖1A至1C係用於各種調變方案之星座圖的示意圖；
圖2根據本文中所述之各種實例，係一光學接收器的一方塊圖；
圖3係一光學共振器之一實例的一示意圖；
圖4係一光檢測器之一實例的一示意圖；
圖5A至5B根據本文中所述之各種實例，係光學接收器的方塊圖；
圖6A至6C根據本文中所述之各項態樣，係光學共振檢測器之實例的示意圖；以及
圖7A至7B係可與如本文中所述各種光學共振檢測器合併之選項之實例的示意圖。

Claims (20)

  1. 一種光學共振檢測器，其包含： 一外罩，其具有一光學窗口； 一光檢測器，其係設置在該外罩內；以及 一光學共振器，其係設置成與該外罩內之該光檢測器光學對準，並且置於該光學窗口與該光檢測器之間，該光學共振器被組配用以經由該光學窗口接收一輸入光學信號、及用以向該光檢測器提供一輸出光學信號。
  2. 如請求項1之光學共振檢測器，其中該光學共振器及該光檢測器係整體形成為不受損無法分離之一單式結構。
  3. 如請求項1之光學共振檢測器，其更包含在該光學窗口之一表面上形成之一抗反射塗層。
  4. 如請求項1之光學共振檢測器，其中該光學共振器係在該光學窗口之一內部中形成之一標準具。
  5. 如請求項1之光學共振檢測器，其中該光學共振器係在該光學窗口之一表面上形成之一標準具。
  6. 如請求項1之光學共振檢測器，其更包含其上有形成該光檢測器之一基板。
  7. 如請求項1之光學共振檢測器，其更包含置於該光學共振器與該光檢測器之間並被組配用以將該輸出光學信號聚焦到該光檢測器裡之一透鏡。
  8. 如請求項7之光學共振檢測器，其更包含一機械致動器，該機械致動器被組配用以回應於一控制信號而調整該光學共振器、該光檢測器、及該透鏡其中至少一者之一實體位置。
  9. 一種光學接收器，其包含： 一光共振檢測器，其包括一光檢測器與一光學共振器之一整體形成且光學對準組合，該光共振檢測器被組配用以接收一輸入光學信號，並且用以基於該輸入光學信號而提供一電氣信號，該電氣信號之一調幅代表該輸入光學信號之一調變； 一類比數位轉換器，其被組配用以從該光共振檢測器接收該電氣信號，並且將該電氣信號轉換成一數位信號；以及 一數位處理子系統，其被組配用以接收並處理該數位信號。
  10. 如請求項9之光學接收器，其中該光共振檢測器更包括具有一光學窗口之一外罩，該光檢測器及該光學共振器係設置在該外罩內，並且布置成使得該光學共振器係置於該光學窗口與該光檢測器之間。
  11. 如請求項10之光學接收器，其中該光學共振器被組配用以經由該光學窗口接收該輸入光學信號，並且用以向該光檢測器提供一輸出光學信號，該光檢測器被組配用以將該輸出光學信號轉換成該電氣信號，該輸出光學信號具有代表該輸入光學信號之該調變的一強度調變。
  12. 如請求項11之光學接收器，其中該光學共振器係在該光學窗口之一內部中形成之一標準具。
  13. 如請求項11之光學接收器，其中該光學共振器係在該光學窗口之一表面上形成之一標準具。
  14. 如請求項10之光學接收器，其中該光共振檢測器更包括在該光學窗口之一表面上形成之一抗反射塗層。
  15. 一種光學接收器，其包含： 一光共振檢測器，其包括具有一光學窗口之一外罩、設置在該外罩內之一光檢測器、以及設置成與該外罩內之該光檢測器光學對準並且置於該光學窗口與該光檢測器之間的一光學共振器，該光學共振器被組配用以經由該光學窗口接收一輸入光學信號、及用以向該光檢測器提供一輸出光學信號，該光檢測器被組配用以將該輸出光學信號轉換成一電氣信號； 一類比數位轉換器，其被組配用以從該光共振檢測器接收該電氣信號，並且將該電氣信號轉換成一數位信號；以及 一數位處理子系統，其被組配用以接收並處理該數位信號。
  16. 如請求項15之光學接收器，其中該光學共振器係被組配用以提供該輸出光學信號之一標準具，該輸出光學信號具有代表該輸入光學信號之一調變的一強度調變，並且其中該電氣信號具有代表該輸出光學信號之該強度調變的一調幅。
  17. 如請求項16之光學接收器，其中該光共振檢測器更包括置於該光學共振器與該光檢測器之間並被組配用以將該輸出光學信號聚焦到該光檢測器裡之一透鏡。
  18. 如請求項17之光學接收器，其中該光共振檢測器更包括一機械致動器，該機械致動器被組配用以回應於一控制信號而調整該光學共振器、該光檢測器、及該透鏡中之至少一者之一實體位置。
  19. 如請求項15之光學接收器，其中該光學共振器及該光檢測器係整體形成為不受損無法分離之一單式結構。
  20. 如請求項15之光學接收器，其中該光共振檢測器更包括在該光學窗口之一表面上形成之一抗反射塗層。
TW108112543A 2018-04-12 2019-04-10 整合式光學共振檢測器 TW201947894A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201862656811P 2018-04-12 2018-04-12
US62/656,811 2018-04-12

Publications (1)

Publication Number Publication Date
TW201947894A true TW201947894A (zh) 2019-12-16

Family

ID=66334553

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW108112543A TW201947894A (zh) 2018-04-12 2019-04-10 整合式光學共振檢測器

Country Status (4)

Country Link
US (1) US11101896B2 (zh)
EP (1) EP3776923A1 (zh)
TW (1) TW201947894A (zh)
WO (1) WO2019199936A1 (zh)

Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11349569B2 (en) 2018-10-26 2022-05-31 Raytheon Company Methods and apparatus for implementing an optical transceiver using a vapor cell
US10805064B1 (en) * 2019-04-23 2020-10-13 Ciena Corporation Built-in jitter loading and state of polarization generation to characterize optical transceivers
US11307395B2 (en) * 2019-05-23 2022-04-19 Raytheon Company Methods and apparatus for optical path length equalization in an optical cavity
EP3987687B1 (en) 2019-06-20 2023-07-05 Raytheon Company Methods and apparatus for tracking moving objects using symmetric phase change detection
US11681169B2 (en) 2019-06-26 2023-06-20 Raytheon Company Electrically configurable optical filters
US11199754B2 (en) 2019-07-15 2021-12-14 Raytheon Company Demodulator with optical resonator
US11391799B2 (en) 2019-08-07 2022-07-19 Raytheon Company Tuning networks for single loop resonators
US11431417B2 (en) 2019-09-26 2022-08-30 Raytheon Company Methods and apparatus for reception of low photon density optical signals
US11398872B2 (en) 2019-10-29 2022-07-26 Raytheon Company Optical to acoustic communications systems and methods
US11374659B2 (en) 2019-10-29 2022-06-28 Raytheon Company Acoustic to optical communications systems and methods
US11791904B2 (en) 2020-07-10 2023-10-17 Raytheon Company Receiver and system for transporting and demodulating complex optical signals
US11595129B2 (en) 2020-12-04 2023-02-28 Raytheon Company Method for fully-networkable single aperture free-space optical transceiver
US11251783B1 (en) 2020-12-15 2022-02-15 Raytheon Company Demodulation methods and devices for frequency-modulated (FM) signals
US11309964B1 (en) 2020-12-16 2022-04-19 Raytheon Company Method to reduce optical signal fading in signal receive aperture
US11411654B1 (en) 2021-03-24 2022-08-09 Raytheon Company Method for generating a constant envelope waveform when encoding multiple sub channels on the same carrier
US11909444B2 (en) 2022-02-11 2024-02-20 Raytheon Company Method for an all fiber optic, polarization insensitive, etalon based optical receiver for coherent signals

Family Cites Families (36)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5550373A (en) * 1994-12-30 1996-08-27 Honeywell Inc. Fabry-Perot micro filter-detector
JPH11204823A (ja) * 1998-01-13 1999-07-30 Sumitomo Electric Ind Ltd 光受信モジュ−ルおよび光送受信モジュ−ル
JP2001221914A (ja) * 2000-02-10 2001-08-17 Furukawa Electric Co Ltd:The エタロンフィルタ
US7049004B2 (en) * 2001-06-18 2006-05-23 Aegis Semiconductor, Inc. Index tunable thin film interference coatings
US6985281B2 (en) * 2001-11-28 2006-01-10 Aegis Semiconductor, Inc. Package for optical components
JP2005516404A (ja) * 2002-01-18 2005-06-02 オーピック， インコーポレイテッド 高速ＴＯ−ｃａｎ光電子パッケージ
US20030227949A1 (en) * 2002-06-05 2003-12-11 Mark Meyers Integrated, temperature insensitive wavelength locker for use in laser packages
US20070291115A1 (en) * 2006-06-20 2007-12-20 Bachelder Paul W Remote video surveillance, observation, monitoring and confirming sensor system
JP5050548B2 (ja) * 2007-02-07 2012-10-17 日本電気株式会社 光モジュール
US8093710B2 (en) * 2007-03-30 2012-01-10 Finisar Corporation Non-uniform feedthrough and lead configuration for a transistor outline package
JP4427589B2 (ja) * 2008-06-09 2010-03-10 国立大学法人広島大学 光集積回路装置
US8379295B2 (en) * 2010-01-14 2013-02-19 Finisar Corporation Optical differential phase-shift keyed signal demodulator
KR101519628B1 (ko) * 2013-03-26 2015-05-12 주식회사 포벨 소형 제작이 가능한 파장 가변 레이저 장치
US10418386B2 (en) * 2013-06-26 2019-09-17 Phovel. Co. Ltd Optical receiver using wavelength tunable filter
CN105683726B (zh) * 2013-10-31 2019-05-07 浜松光子学株式会社 光检测装置
JP6290594B2 (ja) * 2013-10-31 2018-03-07 浜松ホトニクス株式会社 光検出装置
US9417413B2 (en) 2014-04-17 2016-08-16 Cisco Technology, Inc. Compact multiple channel optical receiver assembly package
JP6609097B2 (ja) * 2014-10-24 2019-11-20 株式会社ミツトヨ 光共振器
JP6671860B2 (ja) * 2015-04-28 2020-03-25 浜松ホトニクス株式会社 光検出装置
WO2017023209A1 (en) * 2015-08-04 2017-02-09 Agency For Science, Technology And Research Hyperspectral imaging apparatus and method
CN106547055B (zh) * 2015-09-23 2019-04-16 青岛海信宽带多媒体技术有限公司 一种光探测模组和光模块
CN107088894A (zh) 2016-01-15 2017-08-25 菲利普·W·吉布斯 薄型刀
US11054560B2 (en) * 2016-07-11 2021-07-06 Hamamatsu Photonics K.K Fabry-Perot interference filter and light-detecting device
US10177856B2 (en) 2016-08-18 2019-01-08 Raytheon Company Systems and methods for demodulation of phase modulated optical signals
US10256917B2 (en) 2016-09-27 2019-04-09 Raytheon Company Optically sensed demodulation systems and methods for optical communications
EP3965318B1 (en) * 2016-09-27 2024-07-03 Raytheon Company Systems and methods for demodulation of free space optical signals without wavefront correction
US10530494B2 (en) 2016-09-27 2020-01-07 Raytheon Company Systems and methods for detection and demodulation of optical communication signals
US10313022B2 (en) 2016-09-27 2019-06-04 Raytheon Company Active demodulation systems and methods for optical signals
US10225020B2 (en) 2016-10-07 2019-03-05 Raytheon Company Systems and methods for demodulation of PSK modulated optical signals
US10243673B2 (en) 2016-11-18 2019-03-26 Raytheon Company Frequency demodulation systems and methods for optical signals
US10243670B2 (en) 2016-11-18 2019-03-26 Raytheon Company Optical signal processing using an optical resonator
US10305602B2 (en) 2016-11-18 2019-05-28 Raytheon Company Demodulation of QAM modulated optical beam using Fabry-Perot etalons and microring demodulators
US10164765B2 (en) 2017-02-10 2018-12-25 Raytheon Company Receivers and method for detecting a non-persistent communication superimposed on an overt communication channel
US10498464B2 (en) 2017-06-19 2019-12-03 Raytheon Company Systems and methods for concealing waveform properties
EP3646486B1 (en) 2017-06-30 2022-05-18 Raytheon Company Optical rake receiver using an etalon detector
CA3082885C (en) 2017-11-17 2023-04-18 Raytheon Company Systems and methods for demodulation of wave division multiplexed optical signals

Also Published As

Publication number Publication date
EP3776923A1 (en) 2021-02-17
US20190319715A1 (en) 2019-10-17
US11101896B2 (en) 2021-08-24
WO2019199936A1 (en) 2019-10-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TW201947894A (zh) 整合式光學共振檢測器
KR102029640B1 (ko) 파면 교정 없이 자유 공간 광학 신호들의 복원을 위한 시스템 및 방법
US10305602B2 (en) Demodulation of QAM modulated optical beam using Fabry-Perot etalons and microring demodulators
US20200371328A1 (en) Methods and apparatus for optical path length equalization in an optical cavity
AU2019253437B2 (en) Phase change detection in optical signals
US11159245B2 (en) Methods and apparatus for cavity angle tuning for operating condition optimization
US11353774B2 (en) Methods and apparatus for cavity length tuning for operating point optimization
US11791904B2 (en) Receiver and system for transporting and demodulating complex optical signals
KR102352790B1 (ko) 광 필터
EP3987687A1 (en) Methods and apparatus for tracking moving objects using symmetric phase change detection
US20060082889A1 (en) Tunable laser modules incorporating micromachined pellicle splitters
EP0465425A1 (fr) Dispositif optique intégré séparateur de polarisation, utilisation de ce dispositif et système optique intégré interférométrique obtenu
US20030227949A1 (en) Integrated, temperature insensitive wavelength locker for use in laser packages
US20230261748A1 (en) Method for an all fiber optic, polarization insensitive, etalon based optical receiver for coherent signals
JPH07191236A (ja) 光回路とその製造方法
FR2922305A1 (fr) Procede de fabrication collective de capteurs de temperature et de pression sans calibrage a base de dispositifs a ondes acoustiques