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KR20220034941A - 광자 간섭성 검출 어레이 - Google Patents

광자 간섭성 검출 어레이 Download PDF

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KR20220034941A
KR20220034941A KR1020227003156A KR20227003156A KR20220034941A KR 20220034941 A KR20220034941 A KR 20220034941A KR 1020227003156 A KR1020227003156 A KR 1020227003156A KR 20227003156 A KR20227003156 A KR 20227003156A KR 20220034941 A KR20220034941 A KR 20220034941A
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KR
South Korea
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coherence
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coherence detection
photodetectors
waveguide
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KR1020227003156A
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Inventor
캄 와이 클리포드 찬
청 키 웡
Original Assignee
오에이엠 포토닉스 엘엘씨
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Abstract

본 발명은 간섭성 검출 어레이 및 간섭성 검출 어레이의 신호 판독을 위한 멀티플렉싱 방법들에 관한 것이다. 간섭성 검출 어레이는 광자 집적 회로(PIC; photonic integrated circuit) 상에서 구현될 수 있다. 이것은 연결 도파관들 및 전기 전도성 경로들과 결합하는 복수의 간섭성 검출 유닛을 포함할 수 있고, 여기서, 전기 전도성 경로들은 전기적 신호들을 멀티플렉싱하기 위한 판독 채널들로서 나타날 수 있다. 검출 유닛들은, 자유 공간-도파관 결합기들, 광학적 결합기들, 및 광검출기들을 포함하도록 구성될 수 있다. 간섭성 검출 어레이는, 간섭성 검출 어레이의 추가 자유도들을 활용할 수 있는 멀티플렉싱 방법들을 가능케한다. 이들 방법들은, 국부 발진기에 의해 인에이블되는 방법들과 PIC 기반 검출 어레이의 컴포넌트들의 속성들 및 응답들과 관련된 방법들을 포함할 수 있다.

Description

광자 간섭성 검출 어레이
관련 출원의 상호참조
본 출원은, 참조에 의해 그 전체 내용이 본 명세서에 포함되는 2019년 8월 20일 출원된 미국 가특허출원 제62/889,065호의 우선권을 주장한다.
발명의 분야
본 발명은 광학적 간섭성 검출에 관한 것으로, 특히, 광학적 간섭성 검출을 위한 검출 어레이들에 관한 것이다.
광학적 헤테로다인 검출이라고도 알려진 광학적 간섭성 검출은, 일반적으로 국부 발진기(LO)라고 하는 기준 광학 신호에 관한 광학 신호의 필드 진폭과 위상 양쪽 모두를 측정할 수 있는 반면, 직접적인 광학적 검출은 광학 신호의 광 강도만을 측정한다. 간섭성 검출의 이점들은, 거의 샷-노이즈-제한된 광학적 증폭, 배경광의 제거 및 위상을 통한 추가 정보의 제공을 포함한다.
촬영 시스템의 초점면에서 이용될 때 흔히 초점면 어레이(FPA)라고 불리는 검출 어레이는 공간적 병렬성을 활용함으로써 장면의 빠른 신호 취득을 제공하는 검출 유닛들의 어레이이다. CCD 및 CMOS 이미지 센서들 등의 종래의 검출 어레이 기술들은 직접적인 광학적 검출 모드에서만 동작한다. 병렬 공간적 간섭성 검출을 달성하기 위해, 직접 검출 어레이는 간섭계 구성으로 셋업될 필요가 있고, 여기서 자유 공간 벌크 광학소자는 신호 광을 검출 어레이 상의 LO와 일관성 있게 결합하기 위해 필요하다. 그러나, 이러한 구성은 부피가 크며 간섭성 검출의 효율성에 영향을 미칠 수 있는 LO 빔과 인입 신호 빔의 공간-모드 정합 문제를 야기한다.
광자 집적 회로(PIC; photonic integrated circuit) 기술에 기초한 간섭성 검출 어레이는, 광자 칩에서 광학적 간섭을 수행함으로써 간섭성 촬영 시스템을 크게 단순화하며, 여기서 신호 광과 LO 광은 대개로 동일한 도파관 모드로서 나타나므로, 모드 정합 문제가 자연스럽게 해결된다. PIC-기반 간섭성 검출 어레이의 한 알려진 형태는, 비특허 문헌[Firooz Aflatouni, Behrooz Abiri, Angad Rekhi, and Ali Hajimiri, "Nanophotonic coherent imager," Optics Express 23, 5117-5125 (2015)]에 설명된 나노광자 간섭성 촬영기(NIC; Nanophotonic Coherent Imager)이다. NCI에서, 간섭성 검출 어레이는, 각각의 검출 픽셀의 광학 안테나(격자 결합기)가 도파관을 이용하여 개별적으로 감지 영역 외부의 방향성 결합기 및 광검출기들에 접속되도록 구성된다. NCI의 픽셀 피치(pitch)들은 라우팅 도파관들을 위한 공간을 수용하기 위해 픽셀 수에 따라 선형적으로 증가하므로, 결과적인 PIC 칩의 크기는 픽셀 수에 따라 2차식으로(quadratically) 증가한다. 결과적으로, 설명된 NCI 방식은 크기와 비용이 프리미엄인 경우 몇개의 픽셀들로 제한될 수 있다.
추가적으로, 실시간 검출로부터 혜택을 보는 소정의 간섭성 감지 응용에 대해 간섭성 검출 어레이가 높은 프레임 레이트에서 동작하는 것이 바람직하다. 이들 응용들에는, 주파수 변조 연속파(FMCW; frequency-modulated continuous-wave) 광 검출 및 거리측정(LIDAR) 및 광학적 간섭성 단층촬영(OCT)이 포함된다. 최신의 많은 픽셀 수의 직접 검출 어레이들은 병렬의 판독들 및 변환들을 가능케하기 위해 픽셀 어레이들의 모든 열의 또는 심지어 각각의 픽셀의 아날로그-디지털 회로(ADC)를 통합함으로써 높은 프레임 레이트를 달성한다. 그러나, 이들 검출 어레이들은 여전히, 픽셀 신호들을 행 단위로 열 어드레싱 회로의 수평 레지스터들에 전송해야 한다. 원위치 프레임 스토리지(in situ frame storage)로 구현된 최첨단 CMOS 기반의 직접 검출 어레이들은 매우 높은 샘플링 레이트들에서 동작할 수 있지만 프레임 스토리지 회로는 검출 어레이의 픽셀 수를 상당히 제한한다. 일반적으로, 간섭성 또는 직접 검출 어레이들의 기존 설계들과 그들의 동작들은 픽셀 수와 프레임 레이트 사이에서 절충된다.
본 발명의 실시예들은, 광자 집적 회로(PIC) 상에 구현된 간섭성 검출 어레이 및 검출 어레이의 속성들을 활용하는 간섭성 검출 신호들의 판독을 위한 멀티플렉싱 방법들을 설명한다. 간섭성 검출 어레이는 연결 도파관들 및 전기 전도성 경로들과 결합하는 복수의 간섭성 검출 유닛을 포함할 수 있고, 여기서 국부 발진기(LO) 광은 연결 도파관들을 통해 간섭성 검출 유닛들 내에 도입된다. 검출 유닛들은, 자유 공간을 포함한 그러나 이것으로 제한되지 않는 매체로부터 검출 유닛들 내로 입사 신호 광을 수신하기 위한 자유 공간-도파관 결합기(free-space-to-waveguide coupler)들, 신호 광을 LO 광과 혼합하는 광학적 결합기들, 및 혼합 신호-LO 광을 측정하는 광검출기(photodetector)들을 포함하도록 구성될 수 있다. 전기 전도성 경로들은 전기적 신호들을 멀티플렉싱하기 위한 판독 채널들로서 나타날 수 있으며, 판독 채널들은 복잡한 도파관 라우팅이나 광학적 스위칭의 필요없이 검출 유닛들의 적층 및 간섭성 검출 어레이의 확장성을 용이화할 수 있다. 간섭성 검출 어레이는 또한, 간섭성 검출 어레이의 추가 자유도들을 활용할 수 있는 멀티플렉싱 방법들을 가능케한다. 이들 방법들은, 국부 발진기에 의해 인에이블되는 방법들과 PIC 기반 검출 어레이의 컴포넌트들의 속성들 및 응답들과 관련된 방법들을 포함할 수 있다. 어레이에 적용가능한 멀티플렉싱 방법들과 함께 간섭성 검출 어레이의 확장가능한 설계는 간섭성 검출 어레이가 높은 픽셀 수 및 높은 프레임 레이트 동작을 동시에 달성할 수 있게 할 수 있다.
본 기술분야의 통상의 기술자라면, 도면들은 주로 예시 목적을 위한 것이며 여기서 설명된 발명 주제의 범위를 제한하기 위한 의도가 아님을 이해할 것이다. 도면은 반드시 축척비율에 맞게 그려진 것은 아니다; 일부 경우에, 여기에 개시된 발명의 주제의 다양한 양태는 상이한 피처들의 이해를 용이화하기 위해 도면들에서 과장되거나 확대되어 도시될 수 있다.
도 1은 2개의 광검출기가 채용된 본 발명의 제1 바람직한 실시예에 따른 간섭성 검출 유닛의 구성의 한 예를 나타낸다.
도 2 및 도 3은 도 1의 실시예가 채용된 본 발명의 제2 바람직한 실시예에 따른 간섭성 검출 어레이의 구성의 예들을 도시한다. 도 3은 도 2의 수정된 예로서, 간섭성 검출 유닛들의 광검출기들의 하나 이상의 전극이 상이한 행들 대신에 상이한 열들을 가로질러 전기 전도성 경로에 의해 접속될 수 있다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 제3 바람직한 실시예에 따른 간섭성 검출 유닛의 또 다른 구성의 예들을 도시한다. 도 4는 단일 광검출기가 채용되는 실시예이다. 도 5는 도 4의 수정의 예로서, 검출 유닛을 단순화하기 위해 하나 이상의 도파관 및/또는 광학적 결합기가 제거될 수 있다.
도 6, 7, 8 및 9는 각각의 검출 유닛에서의 단일 광검출기가 채용될 수 있는 본 발명의 제4 바람직한 실시예에 따른 간섭성 검출 어레이의 구성의 예들을 나타낸다. 도 6은 도 4의 실시예가 채용된 간섭성 검출 어레이 이다. 도 7은 도 6의 제1 수정된 예로서, 검출 유닛들의 광검출기들의 하나 이상의 전극은 상이한 행들 대신에 상이한 열들을 가로질러 전기 전도성 경로에 의해 접속될 수 있다. 도 8은 도 5의 실시예가 채용된 도 6의 제2 수정된 예이다. 도 9는 도 6의 제3 수정된 예로서 도 7 및 도 8 양쪽 모두에 따른 도 6에 대한 수정이 통합되어 있다.
도 10, 도 11, 도 12 및 도 13은 본 발명의 제5 바람직한 실시예에 따른 간섭성 검출 유닛의 구성예로서, 입력광의 2개의 편광이 검출 유닛에서 별개로 검출될 수 있다. 도 10은 입력 광이 편광된 광 분리 자유 공간-도파관 결합기를 통해 검출 유닛에 결합될 수 있고 광의 각각의 편광의 검출을 위해 단일 광검출기가 채용될 수 있는 실시예이다. 도 11은 입력 광의 2개의 편광을 간섭하기 위해 단일의 국부 발진기 소스가 이용될 수 있는 도 10의 제1 수정된 예이다. 도 12는 도 10의 제2 수정된 예로서, 간섭성 검출 유닛을 단순화하기 위해 하나 이상의 도파관이 제거될 수 있다. 도 13은 도 10의 제3 수정된 예로서, 도 11 및 도 12 양쪽 모두에 따른 도 10에 대한 수정이 통합되어 있다.
도 14, 도 15, 도 16, 도 17, 도 18, 도 19, 도 20 및 도 21은 입력 광의 2개의 편광이 어레이의 검출 유닛들에서 별개로 검출될 수 있는 본 발명의 제6 바람직한 실시예에 따른 간섭성 검출 어레이의 구성의 예들을 나타낸다. 도 14는 도 10의 실시예가 채용된 간섭성 검출 어레이이다. 도 15는 도 14의 제1 수정된 예로서, 검출 유닛들의 광검출기들의 하나 이상의 전극이 상이한 행들 대신에 상이한 열들을 가로질러 전기 전도성 경로들에 의해 접속될 수 있다. 도 16은 도 11의 실시예가 채용된 도 14의 제2 수정된 예이다. 도 17은 도 14의 제3 수정된 예로서 도 15 및 도 16 양쪽 모두에 따른 도 14에 대한 수정이 통합되어 있다. 도 18은 도 12의 실시예가 채용된 도 14의 제4 수정된 예이다. 도 19는 도 14의 제5 수정된 예로서, 도 15 및 도 18 양쪽 모두에 따른 도 14에 대한 수정이 통합되어 있다. 도 20은 도 13의 실시예가 채용된 도 14의 제6 수정된 예이다. 도 21은 도 14의 제7 수정된 예로서, 도 15 및 도 20 양쪽 모두에 따른 도 14에 대한 수정이 통합되어 있다.
도 22 및 도 23은 본 발명의 제7 바람직한 실시예에 따른 간섭성 검출 유닛의 또 다른 구성의 예로서, 입력 광의 2개의 편광이 검출 유닛에서 별개로 검출할 수 있다. 도 22는 입력 광이 편광된 광 분리 자유 공간-도파관 결합기를 통해 검출 유닛에 결합될 수 있고 광의 각각의 편광의 검출을 위해 2개의 광검출기가 채용될 수 있는 실시예이다. 도 23은 도 22의 수정된 예로서, 입력 광의 2개의 편광을 간섭하기 위해 단일의 국부 발진기 소스가 이용될 수 있다.
도 24, 도 25, 도 26 및 도 27은, 입력 광의 2개의 편광이 어레이의 검출 유닛들에서 별개로 검출될 수 있는 본 발명의 제8 바람직한 실시예에 따른 간섭성 검출 어레이의 또 다른 구성의 예들을 나타낸다. 도 24는 도 22의 실시예가 채용된 간섭성 검출 어레이이다. 도 25는 도 24의 제1 수정된 예로서, 검출 유닛들의 광검출기들의 하나 이상의 전극이 상이한 행들 대신에 상이한 열들을 가로질러 전기 전도성 경로들에 의해 접속될 수 있다. 도 26은 도 23의 실시예가 채용된 도 24의 제2 수정된 예이다. 도 27은 도 24의 제3 수정된 예로서, 도 25 및 도 26 양쪽 모두에 따른 도 24에 대한 수정이 통합되어 있다.
도 28은, 간섭성 검출 어레이, 광학적 입력 회로, 전기적 멀티플렉싱 회로 및 전기적 판독 회로를 포함하는 간섭성 검출 장치의 개념적 셋업을 나타낸다.
도 29a 및 도 29b는 본 발명의 간섭성 검출 어레이를 위한 국부 발진기를 활용하는 멀티플렉싱 방법의 한 실시예의 개념을 그래픽으로 나타낸다. 도 29a는 국부 발진기에서 주파수 오프셋을 이용하지 않고 간섭성 검출 어레이 내의 연결된 검출 유닛들의 결합된 광전류 또는 신호의 주파수 스펙트럼의 한 예를 보여주는 그래프이다. 도 29b는 주파수 오프셋들이 국부 발진기에 적용된 간섭성 검출 어레이 내의 연결된 검출 유닛들의 결합된 광전류 또는 신호의 주파수 스펙트럼의 한 예를 보여주는 그래프이다.
도 30a 내지 도 30c는 본 발명의 간섭성 검출 어레이에 대한 광검출기 응답도를 활용하는 멀티플렉싱 방법의 한 실시예의 개념을 그래픽으로 나타낸다. 도 30a는 광검출기 응답도에 관한 변조를 이용하지 않고 간섭성 검출 어레이 내의 연결된 검출 유닛들의 결합된 광전류 또는 신호의 주파수 스펙트럼의 한 예를 보여주는 그래프이다. 도 30b는 광검출기 응답도에 대한 변조가 있는 간섭성 검출 어레이 내의 연결된 검출 유닛들의 결합된 광전류 또는 신호의 주파수 스펙트럼의 한 예를 보여주는 그래프이다. 도 30c는 광검출기 응답도에 관한 변조가 있는 밸런싱된 구성의 경우에 대한 간섭성 검출 어레이 내의 연결된 검출 유닛들의 결합된 광전류 또는 신호 차이의 주파수 스펙트럼의 한 예를 보여주는 그래프이다.
높은 픽셀 수를 갖는 간섭성 검출 어레이를 달성하기 위해, 어레이 픽셀 요소들의 설계들이 추가 복잡성없이 확장성을 허용해야 하는 것이 바람직하다. 또한, 시분할 및 공간 분할 멀티플렉싱을 활용하는 신호 판독 방식들 흔히 이용되는 검출 어레이의 기존의 설계들은 픽셀 수와 프레임 레이트 사이의 절충을 규정한다. 따라서, 신호를 멀티플렉싱하기 위한 추가적인 자유도들이 바람직할 수 있다.
본 기술은 픽셀 수에서 높은 확장성을 가능케하는 간섭성 검출 어레이의 접근법을 제공한다. 이것은 또한, 판독시 신호를 멀티플렉싱하는데 이용되는 시간 및 공간 영역들에서의 것들에 추가하여 어레이의 추가 자유도들을 가능케한다. 여기서 간섭성 검출 어레이의 픽셀이란, 일반적으로, 간섭성 검출 어레이의 간섭성 검출 유닛, 또는 간단히 검출 유닛을 지칭한다.
높은 픽셀 수 설계에 대한 확장성을 달성하기 위해, 간섭성 검출 어레이는, 픽셀, 즉, 간섭성 검출 유닛에서 광학적 간섭 및 검출을 수행하도록 구성된다. 일부 양태에서, 간섭성 검출 어레이는 PIC 기술을 이용하여 광자 칩 상에 구현될 수 있고, 여기서 간섭성 검출 어레이의 각각의 검출 유닛은, LO 광을 유닛 내에 도입하는 도파관, 신호 광을 PIC 칩 내에 결합하는 자유 공간-도파관 결합기, LO와 신호 광을 혼합하는 광학적 결합기, 및 혼합 광을 측정하는 온칩 광검출기(들)을 포함하도록 구성될 수 있다. 검출 유닛들은, 멀티플렉싱 방법에 의해 검출 유닛들에 대한 신호 판독을 가능케하도록 도파관들과 전기 전도성 경로들을 접속하여 간섭성 검출 어레이를 형성함으로써 접속될 수 있다.
신호 멀티플렉싱의 경우, 추가 자유도들은 광학적 및 전기적 영역으로 범주화될 수 있다. 이들은 국부 발진기에 의해 인에이블되는 것들과 PIC 기반의 간섭성 검출 어레이의 컴포넌트들의 속성들 및 응답들과 관련된 것들을 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예들이, 간섭성 검출 유닛, 간섭성 검출 어레이 및 멀티플렉싱 방법들의 설계들을 예시하기 위해 도면들을 참조하여 이하에서 상세히 설명될 것이다.
간섭성 검출 유닛 및 간섭성 초점면 어레이
제1 바람직한 실시예
본 바람직한 실시예에 따른 간섭성 검출 유닛(100)이, 간섭성 검출 유닛(100)의 평면도를 나타내는 도 1을 참조하여 설명될 것이다. 도 1에 나타낸 간섭성 검출 유닛(100)은, 자유 공간-도파관 결합기(11), 광학적 결합기(12-1, 12-2), 도파관들(13-1, 13-2, 13-3, 13-4, 및 13-5), 광검출기들(14-1 및 14-2) 및 전극들(15-1, 15-2, 15-3 및 15-4)을 포함하도록 구성된다. 간섭성 검출 유닛(100)은 또한, 간섭성 검출 유닛의 속성들을 변조 또는 수정하는데 이용될 수 있는 하나 이상의 변조기 및/또는 히터 등의 추가 컴포넌트들을 포함하도록 구성될 수 있다. 이들 추가 컴포넌트들은 도 1에 도시되어 있지 않다. 간섭성 검출 유닛(100)은 광학적 도파관 기술을 이용하여 기판(16) 상에 통합될 수 있다.
도파관(13-1)은 국부 발진기 광
Figure pct00001
이 도입될 수 있는 하나의 말단(인입단)과 국부 발진기 광
Figure pct00002
이 투과될 수 있는 또 다른 말단(송출단)을 갖는 광학적 도파관이다. 광학적 결합기(12-1)는 국부 발진기 광
Figure pct00003
의 일부를 도파관(13-1)으로부터 도파관(13-2)으로 분할할 수 있다. 도파관(13-2)은 국부 발진기 광을 광학적 결합기(12-2)에 전달할 수 있다. 광학적 결합기(12-1)의 예는, Y-접합, 방향성 결합기 및 다중 모드 간섭계를 포함하지만 이것으로 제한되는 것은 아니다.
자유 공간-도파관 결합기(11)는 신호 광
Figure pct00004
이 간섭성 검출 유닛(100) 내에 결합될 수 있는 장소이다. 신호 광
Figure pct00005
은 자유 공간-도파관 결합기(11)가 구현된 광자 칩의 평면에 수직인 방향으로 또는 소정 각도로 입사될 수 있다. 자유 공간-도파관 결합기(11)에 의해 수신된 광은 도파관(13-3)을 통해 광학적 결합기(12-2)로 흐를 수 있다. 자유 공간 대 도파관 결합기(11)는 일반적으로 자유 공간 또는 매체로부터의 광을 광자 칩 내에 결합하는 광학 안테나이다. 자유 공간-도파관 결합기의 예들은, PIC 설계들에 흔히 이용되는 격자 결합기, 및 신규한 광자 마이크로/나노 구조물들을 포함하지만 이것으로 제한되지 않는다.
광학적 결합기(12-2)는, 입력 포트들로서 도파관들(13-2 및 13-3) 및 출력 포트들로서 도파관들(13-4, 13-5)을 포함하는 결합기이다. 입력 도파관(13-2)으로부터의 국부 발진기 광과 입력 도파관(13-3)으로부터의 신호 광은 혼합되어 광학적 결합기(12-2)에서 간섭할 수 있다. 광학적 결합기(12-2)는, 입력 도파관(13-2) 내의 광이 어떤 분율들로 출력 도파관들(13-4 및 13-5) 사이에서 분할될 수 있고, 유사하게 입력 도파관(13-3) 내의 광도 역시 어떤 분율들로 출력 도파관들(13-4 및 13-5) 사이에서 분할될 수 있는 방식으로 구성된다. 분율들은 고정되거나 고정되지 않을 수 있으며, 이것은 또한 광학적 결합기에 입력되는 광의 속성들(파장들 등, 그러나 이것으로 제한되지 않음), 광학적 결합기의 속성들 및 조건들(온도 등, 그러나 이것으로 제한되지 않음), 및 기타의 불특정한 요인들에 의존하거나 의존하지 않을 수 있다. 광학적 결합기(12-2)의 예들은, 방향성 결합기 및 다중 모드 간섭계를 포함하지만 이것으로 제한되는 것은 아니다.
광학적 결합기(12-2)가 50/50 결합기인 밸런싱된 구성 등의 일부 양태에서, 입력 도파관(13-2) 내의 광은 출력 도파관들(13-4 및 13-5) 사이에서 동등한 크기로 분할될 수 있고, 입력 도파관(13-3) 내의 광은 출력 도파관들(13-4, 13-5) 사이에서 동등한 크기로 분할될 수 있다.
광검출기(14-1)는 도파관(13-4)으로부터 입력되는 광을 검출한다. 도파관(13-4)으로부터의 광이 광검출기(14-1)에 의해 검출되면, 광전류가 발생되어 전극들(15-1 및 15-2)에 흐를 수 있다. 유사하게, 광검출기(14-2)는 도파관(13-5)으로부터 입력되는 광을 검출한다. 도파관(13-5)으로부터의 광이 광검출기(14-2)에 의해 검출되면, 광전류가 발생되어 전극들(15-3 및 15-4)에 흐를 수 있다. 일부 양태에서, 전극들(15-1 및 15-2) 중 하나는 애노드를 나타낼 수 있고, 다른 전극은 캐소드를 나타낼 수 있다. 유사하게, 전극들(15-3 및 15-4) 중 하나는 애노드를 나타내고 다른 전극은 캐소드를 나타낼 수 있다.
일부 양태에서, 광검출기들(14-1 및 14-2)에 의해 생성된 광전류들 각각은 직접 성분 및 교차 성분을 포함할 수 있고, 여기서 노이즈 성분도 존재할 수 있다. 직접 성분은 신호 광과 국부 발진기 광의 평균 강도들에 비례한다. 교차 성분은 신호 광과 국부 발진기 광의 전기장들의 곱, 즉,
Figure pct00006
에 비례하며, 여기서
Figure pct00007
는 시간을 나타내고,
Figure pct00008
는 광검출기의 대역폭에 반비례할 수 있는 지속시간에 관한 시간 평균을 나타낸다. 노이즈 성분은, 설명의 편의를 위해 광전류의 직접 성분에 포함될 수 있다.
일부 양태에서, 교차 성분은 국부 발진기 광과 신호 광의 교반(beating)을 나타낼 수 있고, 여기서 교반 주파수들은 신호 광 및 국부 발진기 광의 주파수들의 합 또는 차와 동일하다. 합-교반 주파수는 대개 매우 높기 때문에 대응하는 광전류 성분이 시간적으로 평균화되거나 광검출기의 유한 응답으로 인해 억제될 수 있다. 차이-교반 주파수는 대개 중간 주파수이며 대응하는 광전류 성분은 추가 처리를 위해 시간적으로 분해될 수 있다.
광학적 결합기(12-2)가 50/50 결합기인 밸런싱된 구성의 경우 등의 일부 양태에서, 광검출기들(14-1 및 14-2)에 의한 광전류들 사이의 차이를 취함으로써, 광전류들의 직접 성분들은 가능한 잔여 노이즈 성분을 제외하고 상쇄되는 반면, 광전류들의 교차 성분들은 광검출기들(14-1 및 14-2)에 의한 광전류들의 교차 성분들 사이의 위상차에 따라 합산될 수 있다.
다른 양태들에서, 광검출기들(14-1 및 14-2)에 의해 생성된 광전류들은 광검출기들의 응답도들을 변조함으로써 변조될 수 있다.
제2 바람직한 실시예
본 바람직한 실시예에 따른 간섭성 검출 어레이들(200 및 210)의 2개의 예가 도 2 및 도 3을 참조하여 설명될 것이다.
도 2는 간섭성 검출 어레이(200)의 평면도를 나타낸다. 간섭성 검출 어레이(200)는 도 1에 나타낸 실시예에 따른 간섭성 검출 유닛(100)의 복수의 유닛을 포함하도록 구성된다. 일부 양태에서, 간섭성 검출 어레이(200)는 간섭성 검출 유닛들의 다른 실시예들을 포함할 수 있다. 일부 양태에서, 간섭성 검출 어레이(200)는 간섭성 검출 유닛(100)의 복수의 유닛들을 직선 구성으로 연결함으로써 구성될 수 있다. 다른 양태에서, 간섭성 검출 어레이의 실시예들은 간섭성 검출 유닛(100)의 복수의 유닛을 직선 구성 이외의 기하학적 구조로 연결함으로써 구성될 수 있다. 간섭성 검출 어레이(200)는 광학적 도파관 기술을 이용하여 기판(26) 상에 통합될 수 있다.
직선 구성의 일부 양태에서, 간섭성 검출 어레이는
Figure pct00009
개의 간섭성 검출 유닛을 갖는
Figure pct00010
개의 행 및
Figure pct00011
개의 열로 구성될 수 있으며, 여기서
Figure pct00012
및
Figure pct00013
은 양의 정수이다. 한 예로서, 도 2에 나타낸 간섭성 검출 어레이(200)의 실시예는, 모두가 3행 4열의 포멧으로 배열된 간섭성 검출 유닛(100)인, 12개의 간섭성 검출 유닛(100-1, 100-2, 100-3, 100-4, 100-5, 100-6, 100-7, 100-8, 100-9, 100-10, 100-11, 100-12)을 포함한다.
간섭성 검출 어레이(200)의 각각의 행은 도파관들(13-1)(도 1 참조)을 이용하여 일련의 간섭성 검출 유닛(100)을 연결함으로써 구성될 수 있다. 일부 양태에서, 본 바람직한 실시예에 따른 간섭성 검출 어레이는, 간섭성 검출 유닛(100)의 도파관(13-1)의 송출단이 다음 간섭성 검출 유닛(100)의 도파관(13-1)의 인입단에 접속되어, 검출 유닛의 투과된 LO 광
Figure pct00014
이 다음 접속된 유닛의 인입 LO 광
Figure pct00015
이 되도록 하는 방식으로 구성될 수 있다. 따라서, 행 내의 일련의 도파관들(13-1)은 그 행의 연결 도파관을 구성하며, 연결 도파관은, 도파관의 역할을 나타내도록 그 행의 행 인코딩 도파관이라고도 한다. 연결 도파관 내의 LO 광은 광학적 결합기들(12-1)(도 1 및 도 2 참조)을 통해 접속된 간섭성 검출 유닛(100)에 결합될 수 있다. 이러한 구성에서, 간섭성 검출 어레이의 동일한 행의 검출 유닛들은 동일한 국부 발진기 광을 공유할 수 있으며, 행의 각각의 유닛은 연결 도파관에서 국부 발진기 광의 일부를 꺼낸다(tap off). 행의 상이한 간섭성 검출 유닛들에 의해 분할된 국부 발진기 광의 분율들은 동일하거나 상이할 수 있다.
연결 도파관은 단일의 행 내의 간섭성 검출 유닛들 또는 하나보다 많은 행 내의 간섭성 검출 유닛들을 접속할 수 있다. 연결 도파관은 단일의 행 내의 모든 간섭성 검출 유닛을 접속할 필요는 없을 수 있다. 간섭성 검출 어레이 내의 간섭성 검출 유닛들의 구성 및 배열에 따라 행은 직선일 수도 있고 아닐 수도 있다.
도 2를 참조하면, 행 인코딩 도파관들(21-1, 21-2, 21-3) 각각은, 대응적으로
Figure pct00016
인 국부 발진기 광
Figure pct00017
이 도입될 수 있는 하나의 말단을 갖고, 대응적으로
Figure pct00018
인 국부 발진기 광
Figure pct00019
이 투과되는 또 다른 말단을 갖는다.
Figure pct00020
개의 행을 포함하는 간섭성 검출 어레이의 경우, 인덱스
Figure pct00021
범위는 1 내지
Figure pct00022
이다. 도 2에서, 행 인코딩 도파관(21-1) 내의 국부 발진기 광은 광학적 결합기들(12-1)을 통해 간섭성 검출 유닛들(100-1, 100-2, 100-3 및 100-4)에 결합된다. 유사하게, 행 인코딩 도파관(21-2) 내의 국부 발진기 광은 광학적 결합기들(12-1)을 통해 간섭성 검출 유닛들(100-5, 100-6, 100-7 및 100-8)에 결합되고, 행 인코딩 도파관(21-3) 내의 국부 발진기 광은 광학적 결합기들(12-1)을 통해 간섭성 검출 유닛들(100-9, 100-10, 100-11 및 100-12)에 결합된다. 간섭성 검출 유닛들(100-1, 100-2, 100-3, 100-4, 100-5, 100-6, 100-7, 100-8, 100-9, 100-10, 100-11 및 100-12) 내의 광학적 결합기들(12-1)은 광학적 결합기들(12-1)의 적절한 설계를 통해 광의 동일하거나 상이한 분율들을 유닛들 내로 분할할 수 있다.
Figure pct00023
인 국부 발진기 광
Figure pct00024
―
Figure pct00025
은 도 2의 예시에서
Figure pct00026
인 간섭성 검출 어레이의 행들의 수임―은, 동일하거나 상이한 광학적 주파수들, 동일하거나 상이한 크기들(0 진폭 포함), 및 동일하거나 상이한 상대적 위상들을 가질 수 있다. 국부 발진기 광
Figure pct00027
은 동일하거나 상이한 지속시간들로 동일하거나 상이한 시간들에 적용될 수도 있다. 국부 발진기 광
Figure pct00028
은, 온칩 광원들 또는 광자 칩 외부의 외부 광원들일 수 있는, 동일하거나 상이한 광원들로부터 간섭성 검출 유닛들의 어레이 내로 도입될 수 있다. 이들 광원들은 광자 기판(26) 상의 간섭성 검출 어레이와 함께 같은 위치에 배치되거나 같은 위치에 배치되지 않은 일부 광학적 스위치 및 네트워크에 의해 제어될 수 있다. 광원들과 광학적 스위치들 및 네트워크는 도 2에 도시되어 있지 않다.
일부 양태에서, 멀티플렉싱된 판독값들을 갖는 검출 어레이를 형성하기 위해, 간섭성 검출 유닛들의 복수의 행은 열 판독 배선들이라고도 하는 전기 전도성 경로들에 의해 직렬로 연결될 수 있어서, 검출 어레이의 각각의 열의 간섭성 검출 유닛들은 간섭성 검출 어레이의 주변에 위치한 판독 회로들에 접속될 수 있는 동일한 전기 아울렛(outlet)들을 공유할 수 있다. 이들 전기 전도성 경로들은 멀티플렉싱을 위한 판독 채널들로서 나타날 수 있다. 전기 전도성 경로는 명명의 단순화를 위해 이하에서는 배선이라고도 지칭된다.
복수의 간섭성 검출 유닛을 접속하는 전기 전도성 경로는 단일의 열의 간섭성 검출 유닛들 또는 하나보다 많은 열의 간섭성 검출 유닛들을 접속할 수 있다. 전기 전도성 경로는 단일의 열 내의 모든 간섭성 검출 유닛을 접속할 필요는 없다. 간섭성 검출 어레이 내의 간섭성 검출 유닛들의 구성 및 배열에 따라 열은 직선일 수도 있고 아닐 수도 있다.
일부 양태에서, 도 2에 나타낸 본 바람직한 실시예에 따른 간섭성 검출 어레이는, 각각의 열의 간섭성 검출 유닛들에 대해, 광검출기들(14-1)의 전극들(15-1)이 열 판독 배선에 접속될 수 있고, 광검출기들(14-2)의 전극들(15-3)이 열 판독 배선에 접속될 수 있고, 광검출기들(14-1)의 전극들(15-2) 및 광검출기(14-2)의 전극들(15-4)이 공통의 열 판독 배선에 접속될 수 있는 방식으로 구성될 수 있다. 다른 양태들에서, 광검출기들(14-1)의 전극들(15-2) 및 광검출기들(14-2)의 전극들(15-4)은 공통 열 판독 배선 대신에 별개의 열 판독 배선들에 접속될 수 있다. 동일한 전기 전도성 경로에 접속된 검출 유닛들로부터 발생하는 전기적 신호들은 결합되고(신호들의 부호 또는 방향에 따라 합산되거나 차감됨) 주변 판독 회로들에 접속될 수 있는 출력 단자들에 공동으로 전송된다. 간섭성 검출 어레이의 주변 판독 회로들은 도 2에 도시되어 있지 않다.
도 2의 간섭성 검출 어레이(200)의 실시예는 각각의 행이 4개의 간섭성 검출 유닛(100)을 포함하는 3개의 행을 포함하는 구성을 나타내고, 여기서 4개의 열의 상이한 행들 상에 있는 광검출기들의 전극들은 열 판독 배선들에 의해 접속된다. 도 2의 예시에서의 열 1에 있는 간섭성 검출 유닛들(100-1, 100-5 및 100-9)의 경우, 광검출기들(14-1)의 전극들(15-1)은 열 판독 배선(22-1)에 접속되고, 광검출기들(14-2)의 전극들(15-3)은 열 판독 배선(23-1)에 접속되고, 광검출기들(14-1)의 전극들(15-2) 및 광검출기들(14-2)의 전극들(15-4)은 열 판독 배선(24-1)에 접속된다. 열 판독 배선(22-1)의 출력단에서의 전류는 광검출기들(14-1)로부터의 광전류들의 합을 포함하고, 열 판독 배선(23-1)의 출력단에서의 전류는 광검출기들(14-2)로부터의 광전류들의 합을 포함하고, 열 판독 배선(24-1)의 출력단에서의 전류는, 광전류들의 방향들에 따라, 광검출기들(14-1 및 14-2)로부터의 광전류들의 합 또는 차를 포함한다.
유사하게, 열 2의 간섭성 검출 유닛들(100-2, 100-6 및 100-10)의 경우, 광검출기들(14-1)의 전극들(15-1)은 열 판독 배선(22-2)에 접속되고, 광검출기들(14-2)의 전극들(15-3)은 열 판독 배선(23-2)에 접속되고, 광검출기들(14-1)의 전극들(15-2)과 광검출기들(14-2)의 전극들(15-4)은 열 판독 배선(24-2)에 접속된다. 열 판독 배선(22-2)의 출력단에서의 전류는 광검출기들(14-1)로부터의 광전류들의 합을 포함하고, 열 판독 배선(23-2)의 출력단에서의 전류는 광검출기들(14-2)로부터의 광전류들의 합을 포함하고, 열 판독 배선(24-2)의 출력단에서의 전류는, 광전류들의 방향들에 따라, 광검출기들(14-1 및 14-2)로부터의 광전류들의 합 또는 차를 포함한다.
유사하게, 열 3의 간섭성 검출 유닛들(100-3, 100-7 및 100-11)의 경우, 광검출기들(14-1)의 전극들(15-1)은 열 판독 배선(22-3)에 접속되고, 광검출기들(14-2)의 전극들(15-3)은 열 판독 배선(23-3)에 접속되고, 광검출기들(14-1)의 전극들(15-2)과 광검출기들(14-2)의 전극들(15-4)은 열 판독 배선(24-3)에 접속된다. 열 판독 배선(22-3)의 출력단에서의 전류는 광검출기들(14-1)로부터의 광전류들의 합을 포함하고, 열 판독 배선(23-3)의 출력단에서의 전류는 광검출기들(14-2)로부터의 광전류들의 합을 포함하고, 열 판독 배선(24-3)의 출력단에서의 전류는, 광전류들의 방향들에 따라, 광검출기들(14-1 및 14-2)로부터의 광전류들의 합 또는 차를 포함한다.
유사하게, 열 4의 간섭성 검출 유닛(100-4, 100-8 및 100-12)의 경우, 광검출기들(14-1)의 전극들(15-1)은 열 판독 배선(22-4)에 접속되고, 광검출기들(14-2)의 전극들(15-3)은 열 판독 배선(23-4)에 접속되고, 광검출기들(14-1)의 전극들(15-2)과 광검출기들(14-2)의 전극들(15-4)은 열 판독 배선(24-4)에 접속된다. 열 판독 배선(22-4)의 출력단에서의 전류는 광검출기들(14-1)로부터의 광전류들의 합을 포함하고, 열 판독 배선(23-4)의 출력단에서의 전류는 광검출기들(14-2)로부터의 광전류들의 합을 포함하고, 열 판독 배선(24-4)의 출력단에서의 전류는, 광전류들의 방향들에 따라, 광검출기들(14-1 및 14-2)로부터의 광전류들의 합 또는 차를 포함한다.
도 2에서, 패드들(Pa)은 주변 판독 회로들에 접속될 수 있는 열 판독 배선들의 출력 단자들이다.
도 2에서, 간섭성 검출 어레이의 간섭성 검출 유닛들은, 전기 전도성 경로들, 즉, 열 판독 배선들에 의해 4개의 별개의 서브세트(열)로 그룹화되는 것으로 간주될 수 있고, 여기서, 어레이의 각각의 간섭성 검출 유닛은 전기 전도성 경로들에 의해 그룹화된 단일의 서브세트에 포함된다. 대안으로서, 간섭성 검출 어레이의 간섭성 검출 유닛들은 또한, 연결 도파관들, 즉, 행 인코딩 도파관들에 의해 3개의 별개의 서브세트(행)로 그룹화되는 것으로 간주될 수 있고, 여기서, 각각의 간섭성 검출 유닛은 연결 도파관들에 의해 그룹화된 단일의 서브세트에 포함된다. 간섭성 검출 어레이의 각각의 간섭성 검출 유닛은 행 인코딩 도파관 및 열 판독 배선에 의해 명시될 수 있다.
제2 바람직한 실시예의 수정된 예
도 3은 간섭성 검출 어레이(210)의 평면도를 나타낸다. 간섭성 검출 어레이(210)는 도 2에 나타낸 실시예에 따른 간섭성 검출 어레이(200)의 수정된 예이다. 간섭성 검출 어레이(200)와 유사하게, 간섭성 검출 어레이(210)는 도 1에 나타낸 실시예에 따른 간섭성 검출 유닛(100)의 복수의 유닛을 포함하도록 구성될 수 있다. 간섭성 검출 어레이(210)의 각각의 행은 도파관들(13-1)(도 1 참조)을 이용하여 일련의 간섭성 검출 유닛(100)을 연결함으로써 구성될 수 있다. 간섭성 검출 유닛들(100)의 복수의 행은 검출 어레이를 형성하기 위해 전기 전도성 경로들에 의해 직렬로 연결될 수 있다. 한 예로서, 도 3에 나타낸 간섭성 검출 어레이(210)의 실시예는, 모두가 3행 4열의 포멧으로 배열된 간섭성 검출 유닛(100)인, 12개의 간섭성 검출 유닛(100-1, 100-2, 100-3, 100-4, 100-5, 100-6, 100-7, 100-8, 100-9, 100-10, 100-11, 100-12)을 포함한다.
간섭성 검출 어레이(200)와 유사하게, 본 바람직한 실시예에 따른 간섭성 검출 어레이(210)는, 각각의 열의 간섭성 검출 유닛들에 대해, 광검출기들(14-1)의 전극들(15-1) 또는 전극들(15-2) 중 어느 하나가 열 판독 배선에 접속될 수 있고, 유사하게 광검출기들(14-2)의 전극들(15-3) 또는 전극들(15-4) 중 어느 하나가 열 판독 배선에 접속될 수 있도록 하는 방식으로 구성될 수 있다.
간섭성 검출 어레이(200)와는 달리, 본 바람직한 실시예에 따른 간섭성 검출 어레이(210)는, 간섭성 검출 유닛들의 광검출기들의 다른 전극들이, 열 판독 배선들에 의해 상이한 행들을 가로지르는 대신에, 행 인코딩 배선들이라고도 하는, 전기 전도성 경로들에 의해 상이한 열들을 가로질러 접속될 수 있도록 하는 방식으로 구성될 수 있다. 일부 양태에서, 간섭성 검출 어레이(210)의 각각의 행 내의 간섭성 검출 유닛들의 경우, 광검출기들(14-1)의 전극들(15-1) 또는 전극들(15-2) 중 어느 하나는 행 인코딩 배선에 접속될 수 있고, 유사하게 광검출기들(14-2)의 전극들(15-3) 또는 전극들(15-4) 중 어느 하나는 행 인코딩 배선에 접속될 수 있다. 다른 양태들에서, 2개의 행 인코딩 배선은 별개의 배선들 대신에 공통 배선으로 결합될 수 있다. 행 인코딩 배선은, 검출 어레이의 행 인코딩 도파관들의 역할과 유사하거나 상이한 역할로 간섭성 검출 어레이의 신호들을 멀티플렉싱하기 위해 활용될 수 있다.
도 3에 나타낸 간섭성 검출 어레이(210)를 참조한다. 한편, 열 1의 간섭성 검출 유닛들(100-1, 100-5, 100-9)의 경우, 광검출기들(14-1)의 전극들(15-1)은 열 판독 배선(22-1)에 접속되고, 광검출기들(14-2)의 전극들(15-3)은 열 판독 배선(23-1)에 접속된다.
유사하게, 열 2의 간섭성 검출 유닛들(100-2, 100-6 및 100-10)의 경우, 광검출기들(14-1)의 전극들(15-1)은 열 판독 배선(22-2)에 접속되고, 광검출기들(14-2)의 전극들(15-3)은 열 판독 배선(23-2)에 접속된다.
유사하게, 열 3의 간섭성 검출 유닛들(100-3, 100-7, 및 100-11)의 경우, 광검출기들(14-1)의 전극들(15-1)은 열 판독 배선(22-3)에 접속되고, 광검출기들(14-2)의 전극들(15-3)은 열 판독 배선(23-3)에 접속된다.
유사하게, 열 4의 간섭성 검출 유닛들(100-4, 100-8 및 100-12)의 경우, 광검출기들(14-1)의 전극들(15-1)은 열 판독 배선(22-4)에 접속되고, 광검출기들(14-2)의 전극들(15-3)은 열 판독 배선(23-4)에 접속된다.
한편, 간섭성 검출 어레이(210)의 행 1의 간섭성 검출 유닛들(100-1, 100-2, 100-3, 100-4)의 경우, 광검출기들(14-1)의 전극들(15-2)은 행 인코딩 배선(27-1)에 접속되고 광검출기들(14-2)의 전극들(15-4)은 행 인코딩 배선(28-1)에 접속된다.
유사하게, 행 2의 간섭성 검출 유닛들(100-5, 100-6, 100-7 및 100-8)의 경우, 광검출기들(14-1)의 전극들(15-2)은 행 인코딩 배선(27-2)에 접속되고 광검출기들(14-2)의 전극들(15-4)은 행 인코딩 배선(28-2)에 접속된다.
유사하게, 행 3의 간섭성 검출 유닛들(100-9, 100-10, 100-11 및 100-12)의 경우, 광검출기들(14-1)의 전극들(15-2)은 행 인코딩 배선(27-3)에 접속되고 광검출기들(14-2)의 전극들(15-4)은 행 인코딩 배선(28-3)에 접속된다.
도 3의 패드들(Pa)은 주변 전기적 회로들에 접속될 수 있는 열 판독 배선들 및 행 인코딩 배선들의 단자들이다.
도 3에서, 간섭성 검출 어레이의 간섭성 검출 유닛들은, 일부 전기 전도성 경로, 즉, 열 판독 배선에 의해 4개의 별개의 서브세트(열)로 그룹화되고 다른 전기 전도성 경로들, 즉, 행 인코딩 배선들에 의해 3개의 별개의 서브세트(행)로 그룹화되는 것으로 간주될 수 있고, 여기서, 어레이의 각각의 간섭성 검출 유닛은 전기 전도성 경로들에 의해 그룹화된 2개의 서브세트(1열 및 1행)에 포함된다. 간섭성 검출 어레이의 각각의 간섭성 검출 유닛은 행 인코딩 배선 및 열 판독 배선에 의해 명시될 수 있다. 대안으로서, 간섭성 검출 어레이의 간섭성 검출 유닛들은 또한, 연결 도파관들, 즉, 행 인코딩 도파관들에 의해 3개의 별개의 서브세트(행)로 그룹화되는 것으로 간주될 수 있고, 여기서, 각각의 간섭성 검출 유닛은 연결 도파관들에 의해 그룹화된 단일의 서브세트에 포함된다. 간섭성 검출 어레이의 각각의 간섭성 검출 유닛은 행 인코딩 도파관 및 열 판독 배선에 의해 명시될 수 있다.
제3 바람직한 실시예
본 바람직한 실시예에 따른 간섭성 검출 유닛들(300 및 310)의 2개의 예가 도 4 및 도 5를 참조하여 설명될 것이다.
도 4는 간섭성 검출 유닛들(300)의 평면도를 나타낸다. 도 4에 나타낸 간섭성 검출 유닛들(300)은, 자유 공간-도파관 결합기(31), 광학적 결합기들(32-1, 32-2), 도파관들(33-1, 33-2, 33-3, 33-4), 광검출기들(34), 및 전극들(35-1 및 35-2)을 포함하도록 구성된다. 간섭성 검출 유닛(300)은 또한, 간섭성 검출 유닛의 속성들을 변조 또는 수정하는데 이용될 수 있는 하나 이상의 변조기 및/또는 히터 등의 추가 컴포넌트들을 포함하도록 구성될 수 있다. 이들 추가 컴포넌트들은 도 4에 도시되어 있지 않다. 간섭성 검출 유닛(300)은 광학적 도파관 기술을 이용하여 기판(36) 상에 통합될 수 있다.
간섭성 검출 유닛(300)은 도 1에 나타낸 간섭성 검출 유닛(100)의 수정된 버전이다. 간섭성 검출 유닛(300)은, 이하의 설명과 연계하여, 도 1에 나타낸 실시예에 따른 간섭성 검출 유닛(100)을 참조하여 이해될 수 있다.
도 1 및 도 4에 나타낸 간섭성 검출 유닛의 2개의 실시예들 사이의 본질적인 차이점은, 간섭성 검출 유닛(100)에서 2개의 광검출기(14-1 및 14-2) 대신에 간섭성 검출 유닛(300)에서 하나의 광검출기(34)를 이용한다는 점이다. 또한, 간섭성 검출 유닛(300) 내의 광학적 결합기(32-2)는, 입력 포트들로서 도파관(33-2, 33-3)을 및 출력 포트로서 도파관(33-4)을 포함하는 결합기이다. 광학적 결합기(32-2)는 적절하게 종단된 자유 출력 포트를 갖는 2×2 방향성 결합기, Y-접합, 또는 적어도 2개의 입력 포트 및 1개의 출력 포트를 갖는 광을 혼합하는 기타 임의의 형태에 의해 실현될 수 있다.
일부 양태에서, 광검출기(34)에 의해 생성된 광전류는, 시간에 따라 천천히 변화하는 직접 성분 및 시간에 따라 빠르게 변화하는 교차 성분을 포함할 수 있고, 여기서 노이즈 성분도 존재할 수 있다. 간섭성 검출 유닛(300)에서 이용되는 단 하나의 광검출기를 이용하여, 광검출기(34)에 의해 생성된 광전류는, 광전류의 직접 성분을 억제하기 위해 적절한 필터에 의해 필터링될 필요가 있을 수 있다. 필터는 검출 유닛에 설치될 수도 있고 검출 유닛에 설치되지 않을 수도 있다. 필터는 도 4에 도시되어 있지 않다.
제3 바람직한 실시예의 수정된 예
도 5는 간섭성 검출 유닛들(310)의 평면도를 나타낸다. 도 5에 나타낸 간섭성 검출 유닛(310)은 도 4에 나타낸 실시예에 따른 간섭성 검출 유닛들(300)의 수정된 예다.
도 5에 나타낸 간섭성 검출 유닛(310)은, 단순화를 위해 도파관(33-2)을 제거하고 광학적 결합기들(32-1 및 32-2)을 단일의 광학적 결합기(32-3)로 결합한다는 본질적인 차이점을 제외하고는, 도 4에 나타낸 간섭성 검출 유닛(300)과 유사하다. 도 5의 간섭성 검출 유닛(310)의 광학적 결합기(32-3)는 도 4의 간섭성 검출 유닛(300)의 양쪽 모두의 광학적 결합기(32-1 및 32-2)의 역할을 수행한다. 간섭성 검출 유닛(310)의 경우, 광학적 결합기(32-3)는 도파관(33-1) 내의 국부 발진기 광을 도파관(33-3) 내의 신호 광과 직접 혼합할 수 있다. 혼합된 광은 도파관(33-4) 및 도파관(33-1)의 송출 세그먼트에 전달될 수 있다.
일부 양태에서, 간섭성 검출 유닛(310)의 광학적 결합기(32-3)는, 신호 광의 대부분을 도파관(33-3)으로부터 도파관(33-4)으로 전달할 수 있고, 신호 광의 적은 부분을 도파관(33-3)으로부터 도파관(33-1)의 송출 세그먼트로 전달할 수 있는 방식으로 구성될 수 있다. 광학적 결합기(32-3)의 광 분할 비율의 한 예는 999:1이다.
제4 바람직한 실시예
본 바람직한 실시예에 따른 간섭성 검출 어레이들(400, 410, 420, 430)의 4개의 예가 도 6, 도 7, 도 8 및 도 9를 참조하여 설명될 것이다.
도 6은 간섭성 검출 어레이(400)의 평면도를 나타낸다. 간섭성 검출 어레이(400)는 도 4에 나타낸 실시예에 따른 간섭성 검출 유닛(300)의 복수의 유닛을 포함하도록 구성된다. 일부 양태에서, 간섭성 검출 어레이(400)는 간섭성 검출 유닛들의 다른 실시예들을 포함할 수 있다. 일부 양태에서, 간섭성 검출 어레이(400)는 간섭성 검출 유닛(300)의 복수의 유닛들을 직선 구성으로 연결함으로써 구성될 수 있다. 다른 양태에서, 간섭성 검출 어레이의 실시예들은 간섭성 검출 유닛(300)의 복수의 유닛을 직선 구성 이외의 기하학적 구조로 연결함으로써 구성될 수 있다. 간섭성 검출 어레이(400)는 광학적 도파관 기술을 이용하여 기판(46) 상에 통합될 수 있다.
도 6에 나타낸 간섭성 검출 어레이(400)는, 간섭성 검출 어레이(200)에 이용되는 간섭성 검출 유닛(100) 대신에, 검출 어레이의 구축 블록으로서 도 4에 나타낸 실시예에 따른 간섭성 검출 유닛(300)을 채용한다는 본질적인 차이점을 제외하고는, 도 2에 나타낸 간섭성 검출 어레이(200)와 유사하다. 직선 구성의 일부 양태에서, 간섭성 검출 어레이는
Figure pct00029
개의 간섭성 검출 유닛을 갖는
Figure pct00030
개의 행 및
Figure pct00031
개의 열로 구성될 수 있다. 한 예로서, 도 6에 나타낸 간섭성 검출 어레이(400)의 실시예는, 모두가 3행 4열의 포멧으로 배열된 간섭성 검출 유닛(300)인, 12개의 간섭성 검출 유닛(300-1, 300-2, 300-3, 300-4, 300-5, 300-6, 300-7, 300-8, 300-9, 300-10, 300-11, 300-12)을 포함한다.
간섭성 검출 어레이(400)는, 이하의 설명과 연계하여, 도 2에 나타낸 실시예에 따른 간섭성 검출 어레이(200)를 참조하여 이해될 수 있다.
간섭성 검출 어레이(400)의 각각의 행은 도파관들(33-1)(도 4 참조)을 이용하여 일련의 간섭성 검출 유닛(300)을 연결함으로써 구성될 수 있다. 일부 양태에서, 본 바람직한 실시예에 따른 간섭성 검출 어레이는, 간섭성 검출 유닛(300)의 도파관(33-1)의 송출단이 다음 간섭성 검출 유닛(300)의 도파관(33-1)의 인입단에 접속되어, 검출 유닛의 투과된 LO 광
Figure pct00032
이 다음 접속된 유닛의 인입 LO 광
Figure pct00033
이 되도록 하는 방식으로 구성될 수 있다. 따라서, 행 내의 일련의 도파관들(33-1)은 그 행의 연결 도파관을 구성하며, 연결 도파관은, 그 행의 행 인코딩 도파관이라고도 한다. 연결 도파관 내의 LO 광은 광학적 결합기들(32-1)(도 4 및 도 6 참조)을 통해 접속된 간섭성 검출 유닛(300)에 결합될 수 있다.
도 6에 나타낸 간섭성 검출 어레이(400)의 경우, 행 인코딩 도파관들은 도파관들(41-1, 41-2 및 41-3)이다. 행 인코딩 도파관(41-1) 내의 LO 광은 광학적 결합기들(32-1)을 통해 간섭성 검출 유닛들(300-1, 300-2, 300-3, 300-4)에 결합된다. 유사하게, 행 인코딩 도파관(41-2) 내의 LO 광은 광학적 결합기들(32-1)을 통해 간섭성 검출 유닛들(300-5, 300-6, 300-7 및 300-8)에 결합되고, 행 인코딩 도파관(41-3) 내의 LO 광은 광학적 결합기들(32-1)을 통해 간섭성 검출 유닛들(300-9, 300-10, 300-11 및 300-12)에 결합된다. 간섭성 검출 유닛들(300-1, 300-2, 300-3, 300-4, 300-5, 300-6, 300-7, 300-8, 300-9, 300-10, 300-11 및 300-12) 내의 광학적 결합기들(32-1)은 광학적 결합기들(32-1)의 적절한 설계를 통해 광의 동일하거나 상이한 분율들을 유닛들 내로 분할할 수 있다.
간섭성 검출 유닛들의 복수의 행은, 열 판독 배선들이라고도 하는 전기 전도성 경로들에 의해 직렬로 연결될 수 있다. 각각의 열 판독 배선에 의해 접속된 간섭성 검출 유닛들은 간섭성 검출 어레이의 주변부에 위치한 판독 회로들에 접속될 수 있는 동일한 전기 아울렛들을 공유할 수 있다. 일부 양태에서, 본 바람직한 실시예에 따른 간섭성 검출 어레이는, 각각의 열의 간섭성 검출 유닛들에 대해, 광검출기들(34)의 전극들(35-1)이 열 판독 배선에 접속될 수 있고, 유사하게 광검출기들(34)의 전극들(35-2)이 열 판독 배선에 접속될 수 있는 방식으로 구성될 수 있다.
도 6의 예시에서의 열 1의 간섭성 검출 유닛들(300-1, 300-5, 300-9)의 경우, 광검출기들(34)의 전극들(35-1)은 열 판독 배선(42-1)에 접속되고 광검출기들(34)의 전극들(35-2)은 열 판독 배선(43-1)에 접속된다. 유사하게, 열 2의 간섭성 검출 유닛들(300-2, 300-6 및 300-10)의 경우, 광검출기들(34)의 전극들(35-1)은 열 판독 배선(42-2)에 접속되고, 광검출기들(34)의 전극들(35-2)은 열 판독 배선(43-2)에 접속된다. 유사하게, 열 3의 간섭성 검출 유닛들(300-3, 300-7 및 300-11)의 경우, 광검출기들(34)의 전극들(35-1)은 열 판독 배선(42-3)에 접속되고, 광검출기들(34)의 전극들(35-2)은 열 판독 배선(43-3)에 접속된다. 유사하게, 열 4의 간섭성 검출 유닛들(300-4, 300-8 및 300-12)의 경우, 광검출기들(34)의 전극들(35-1)은 열 판독 배선(42-4)에 접속되고, 광검출기들(34)의 전극들(35-2)은 열 판독 배선(43-4)에 접속된다.
도 2와 유사하게, 도 6의 패드들(Pa)은 주변 판독 회로들에 접속될 수 있는 열 판독 배선들의 출력 단자들이다.
제4 바람직한 실시예의 제1 수정된 예
도 7은 간섭성 검출 어레이(410)의 평면도를 나타낸다. 간섭성 검출 어레이(410)는 도 6에 나타낸 실시예에 따른 간섭성 검출 어레이(400)의 수정된 예이다. 간섭성 검출 어레이(400)와 유사하게, 간섭성 검출 어레이(410)는 도 4에 나타낸 실시예에 따른 간섭성 검출 유닛(300)의 복수의 유닛을 포함하도록 구성될 수 있다. 간섭성 검출 어레이(410)의 각각의 행은 도파관들(33-1)(도 4 참조)을 이용하여 일련의 간섭성 검출 유닛(300)을 연결함으로써 구성될 수 있다. 간섭성 검출 유닛들(300)의 복수의 행은 검출 어레이를 형성하기 위해 전기 전도성 경로들에 의해 직렬로 연결될 수 있다. 한 예로서, 도 7에 나타낸 간섭성 검출 어레이(410)의 실시예는, 모두가 3행 4열의 포멧으로 배열된 간섭성 검출 유닛(300)인, 12개의 간섭성 검출 유닛(300-1, 300-2, 300-3, 300-4, 300-5, 300-6, 300-7, 300-8, 300-9, 300-10, 300-11, 300-12)을 포함한다.
간섭성 검출 어레이(400)와 유사하게, 본 바람직한 실시예에 따른 간섭성 검출 어레이(410)는, 각각의 열의 간섭성 검출 유닛들에 대해, 광검출기들(34)의 전극들(35-1) 또는 전극들(35-2) 중 어느 하나가 열 판독 배선에 접속될 수 있도록 하는 방식으로 구성될 수 있다.
간섭성 검출 어레이(400)와는 달리, 본 바람직한 실시예에 따른 간섭성 검출 어레이(410)는, 간섭성 검출 유닛들의 광검출기들의 다른 전극들이, 열 판독 배선들에 의해 상이한 행들을 가로지르는 대신에, 행 인코딩 배선들이라고도 하는, 전기 전도성 경로들에 의해 상이한 열들을 가로질러 접속될 수 있도록 하는 방식으로 구성될 수 있다. 간섭성 검출 어레이(410)의 각각의 행의 간섭성 검출 유닛들(300)의 경우, 광검출기들(34)의 전극들(35-1) 또는 전극들(35-2) 중 어느 하나는 행 인코딩 배선에 접속될 수 있다.
도 7에 나타낸 간섭성 검출 어레이(410)를 참조한다. 한편, 열 1의 간섭성 검출 유닛들(300-1, 300-5, 300-9)의 광검출기들(34)의 전극들(35-2)은 열 판독 배선(43-1)에 접속된다. 유사하게, 열 2의 간섭성 검출 유닛들(300-2, 300-6, 300-10)의 광검출기들(34)의 전극들(35-2)은 열 판독 배선(43-2)에 접속되고, 열 3의 간섭성 검출 유닛들(300-3, 300-7, 300-11)의 광검출기들(34)의 전극들(35-2)은 열 판독 배선(43-3)에 접속되고, 열 4의 간섭성 검출 유닛들(300-4, 300-8 및 300-12)의 광검출기들(34)의 전극들(35-2)은 열 판독 배선(43-4)에 접속된다.
한편, 행 1의 간섭성 검출 유닛들(300-1, 300-2, 300-3, 300-4)의 광검출기들(34)의 전극들(35-1)은 행 인코딩 배선(44-1)에 접속된다. 유사하게, 행 2의 간섭성 검출 유닛들(300-5, 300-6, 300-7 및 300-8)의 광검출기들(34)의 전극들(35-1)은 행 인코딩 배선(44-2)에 접속되고, 행 3의 간섭성 검출 유닛들(300-9, 300-10, 300-11 및 300-12)의 광검출기들(34)의 전극들(35-1)은 행 인코딩 배선(44-3)에 접속된다.
도 7의 패드들(Pa)은 주변 전기적 회로들에 접속될 수 있는 열 판독 배선들 및 행 인코딩 배선들의 단자들이다.
제4 바람직한 실시예의 제2 수정된 예
도 8은 간섭성 검출 어레이(420)의 평면도를 나타낸다. 간섭성 검출 어레이(420)는 도 6에 나타낸 실시예에 따른 간섭성 검출 어레이(400)의 또 다른 수정된 예이다.
도 8에 나타낸 간섭성 검출 어레이(420)는, 간섭성 검출 어레이(400)에 이용되는 간섭성 검출 유닛(300) 대신에, 검출 어레이의 구축 블록으로서 도 5에 나타낸 실시예에 따른 간섭성 검출 유닛(310)을 채용한다는 본질적인 차이점을 제외하고는, 도 6에 나타낸 간섭성 검출 어레이(400)와 유사하다. 직선 구성의 일부 양태에서, 간섭성 검출 어레이는
Figure pct00034
개의 간섭성 검출 유닛을 갖는
Figure pct00035
개의 행 및
Figure pct00036
개의 열로 구성될 수 있다. 한 예로서, 도 8에 나타낸 간섭성 검출 어레이(420)의 실시예는, 모두가 3행 4열의 포멧으로 배열된 간섭성 검출 유닛(310)인, 12개의 간섭성 검출 유닛(310-1, 310-2, 310-3, 310-4, 310-5, 310-6, 310-7, 310-8, 310-9, 310-10, 310-11, 310-12)을 포함한다.
제4 바람직한 실시예의 제3 수정된 예
도 9는 간섭성 검출 어레이(430)의 평면도를 나타낸다. 간섭성 검출 어레이(430)는 도 6에 나타낸 실시예에 따른 간섭성 검출 어레이(400)의 또 다른 수정된 예이다.
간섭성 검출 어레이(430)는, 도 7의 간섭성 검출 어레이(410) 및 도 8의 간섭성 검출 어레이(420)에 따른 간섭성 검출 어레이(400)에 대한 수정들을 결합한다. 간섭성 검출 어레이(430)는, 이하의 설명과 연계하여 도 7 및 도 8에 나타낸 실시예들에 따른 간섭성 검출 어레이들(410 및 420)을 참조하여 이해될 수 있다.
한편, 간섭성 검출 어레이(420)와 유사하게, 간섭성 검출 어레이(430)는, 간섭성 검출 어레이들(400 및 410)에 이용된 간섭성 검출 유닛(300) 대신에, 검출 어레이의 구축 블록으로서 도 5에 나타낸 실시예에 따른 간섭성 검출 유닛들(310)을 채용한다. 한편, 간섭성 검출 어레이(410)와 유사하게, 간섭성 검출 어레이(430)는, 검출 어레이의 각각의 열의 간섭성 검출 유닛들(310)의 광검출기들(34)의 전극들(35-1) 또는 전극들(35-2) 중 어느 하나가 그 열의 행들을 가로질러 열 판독 배선에 접속될 수 있는 반면, 검출 어레이의 각각의 행의 간섭성 검출 유닛들(310)의 광검출기들(34)의 다른 전극들은 그 행의 열들을 가로질러 행 인코딩 배선에 접속될 수 있는 방식으로 구성될 수 있다.
도 9에 나타낸 간섭성 검출 어레이(430)를 참조한다. 한편, 열 1의 간섭성 검출 유닛들(310-1, 310-5, 310-9)의 광검출기들(34)의 전극들(35-2)은 열 판독 배선(43-1)에 접속된다. 유사하게, 열 2의 간섭성 검출 유닛들(310-2, 310-6, 310-10)의 광검출기들(34)의 전극들(35-2)은 열 판독 배선(43-2)에 접속되고, 열 3의 간섭성 검출 유닛들(310-3, 310-7, 310-11)의 광검출기들(34)의 전극들(35-2)은 열 판독 배선(43-3)에 접속되고, 열 4의 간섭성 검출 유닛들(310-4, 310-8 및 310-12)의 광검출기들(34)의 전극들(35-2)은 열 판독 배선(43-4)에 접속된다.
한편, 행 1의 간섭성 검출 유닛들(310-1, 310-2, 310-3, 310-4)의 광검출기들(34)의 전극들(35-1)은 행 인코딩 배선(44-1)에 접속된다. 유사하게, 행 2의 간섭성 검출 유닛들(310-5, 310-6, 310-7 및 310-8)의 광검출기들(34)의 전극들(35-1)은 행 인코딩 배선(44-2)에 접속되고, 행 3의 간섭성 검출 유닛들(310-9, 310-10, 310-11 및 310-12)의 광검출기들(34)의 전극들(35-1)은 행 인코딩 배선(44-3)에 접속된다.
제5 바람직한 실시예
본 바람직한 실시예에 따른 간섭성 검출 유닛들(500, 510, 520, 530)의 4개의 예가 도 10, 도 11, 도 12 및 도 13을 참조하여 설명될 것이다.
도 10은 간섭성 검출 유닛들(500)의 평면도를 나타낸다. 도 10에 나타낸 간섭성 검출 유닛(500)은 편광된 광 분리 자유 공간-도파관 결합기(51), 광학적 결합기들(52-1, 52-2, 52-3 및 52-4), 도파관들(53-1, 53-2, 53-3, 53-4, 53-5, 53-6, 53-7 및 53-8), 광검출기들(54-1 및 54-2), 및 전극들(55-1, 55-2, 55-3 및 55-4)을 포함하도록 구성된다. 간섭성 검출 유닛(500)은 또한, 간섭성 검출 유닛의 속성들을 변조 또는 수정하는데 이용될 수 있는 하나 이상의 변조기 및/또는 히터 등의 추가 컴포넌트들을 포함하도록 구성될 수 있다. 이들 추가 컴포넌트들은 도 10에 도시되어 있지 않다. 간섭성 검출 유닛(500)은 광학적 도파관 기술을 이용하여 기판(56) 상에 통합될 수 있다.
간섭성 검출 유닛(500)은 도 4에 나타낸 간섭성 검출 유닛(300)의 수정된 버전이다. 간섭성 검출 유닛(500)은,
Figure pct00037
및
Figure pct00038
방향의 편광들과 멀티플렉싱될 수 있는 인입 신호 광을 검출하도록 구성되고, 여기서 x 및 y 방향들은, 2개의 편광 성분이 별개로 측정될 수 있는 방식의 편광된 광 분리 자유 공간 대 도파관 결합기(51)의 설계에 의해 정의된 광 편광의 직교 기반의 한 예이다. 간섭성 검출 유닛(500)은, 이하의 설명과 연계하여, 도 4에 나타낸 실시예에 따른 간섭성 검출 유닛(300)을 참조하여 이해될 수 있다.
간섭성 검출 유닛(500)은, 각각이 간섭성 검출 유닛(300)과 유사한 간섭성 검출 서브유닛들(301 및 302)(도 10 참조)을, 간섭성 검출 유닛(300)의 자유 공간-도파관 결합기(31)를 대체하는 편광된 광 분리 자유 공간-도파관 결합기(51)와 결합함으로써 구성된다. 간섭성 검출 서브유닛(301)은, 편광된 광 분리 자유 공간-도파관 결합기(51), 광학적 결합기들(52-1 및 52-2), 도파관들(53-1, 53-2, 53-3, 및 53-4), 광검출기(54-1), 전극들(55-1 및 55-2)을 포함하도록 구성된다. 간섭성 검출 서브유닛(302)은, 동일한 편광된 광 분리 자유 공간-도파관 결합기(51), 광학적 결합기들(52-3 및 52-4), 도파관들(53-5, 53-6, 53-7, 및 53-8), 광검출기(54-2), 전극들(55-3 및 55-4)을 포함하도록 구성된다. 이러한 구성에서, 편광된 광 분리 자유 공간-도파관 결합기(51)는 2개의 간섭성 검출 서브유닛(301 및 302)의 공통 컴포넌트이다.
도 10에서, 도파관(53-1)은, 국부 발진기 광
Figure pct00039
이 도입될 수 있는 하나의 말단과 국부 발진기 광
Figure pct00040
이 투과될 수 있는 다른 말단을 가지며, 도파관(53-5)은 국부 발진기 광
Figure pct00041
이 도입될 수 있는 하나의 말단과 국부 발진기 광
Figure pct00042
이 투과될 수 있는 다른 말단을 가질 수 있다. 일부 양태에서,
Figure pct00043
및
Figure pct00044
(및 대응적으로
Figure pct00045
및
Figure pct00046
)은, 동일한 도파관 모드, 즉, 최적의 전파 및 결합 효율들을 위해 광자 집적 회로에서 흔히 고려되는 기본적인 TE 모드로서, 도파관들(53-1 및 53-5)에서 나타날 수 있다. 다른 양태들에서,
Figure pct00047
는, 진폭, 주파수 및 위상 등의 속성들의 측면에서
Figure pct00048
와 동일하거나 상이할 수 있다.
간섭성 검출 유닛(500)은 멀티플렉싱된 x-편광된 광 및 y-편광된 광을 포함할 수 있는 신호 광
Figure pct00049
을 수신하기 위해 편광된 광 분리 자유 공간-도파관 결합기(51)를 이용한다. 신호 광
Figure pct00050
은 편광된 광 분리 자유 공간-도파관 결합기(51)에 의해 수신되어 x-편광된 광과 y-편광된 광으로 분리될 수 있다. 한편, x-편광된 광은 도파관(53-3)을 통해 간섭성 검출 서브유닛(301) 내로 운반될 수 있고 광검출기(54-1)에 의해 검출될 때 전극들(55-1 및 55-2)에서 광전류를 야기할 수 있다. 다른 한편으로, y-편광된 광은 도파관(53-7)을 통해 간섭성 검출 서브유닛(302) 내에 운반될 수 있고, 광검출기(54-2)에 의해 검출될 때 전극들(55-3 및 55-4)에서 광전류를 야기할 수 있다.
일부 양태에서, 광검출기들(54-1 및 54-2) 각각에 의해 생성된 광전류는 시간에 따라 느리게 변화하는 직접 성분 및 시간에 따라 빠르게 변화하는 교차 성분을 포함할 수 있고, 여기서 노이즈 성분도 존재할 수 있다. 간섭성 검출 유닛(500)에서 이용되는 편광당 하나의 광검출기에서, 광검출기들(54-1 및 54-2)에 의해 생성된 광전류는 광전류들의 직접 성분을 억제하기 위해 적절한 필터들에 의해 필터링될 필요가 있을 수 있다. 필터들은 검출 유닛에 설치될 수도 있고 검출 유닛에 설치되지 않을 수도 있다. 필터들은 도 10에 도시되어 있지 않다.
제5 바람직한 실시예의 제1 수정된 예
도 11은 간섭성 검출 유닛들(510)의 평면도를 나타낸다. 도 11에 나타낸 간섭성 검출 유닛(510)은 도 10에 나타낸 실시예에 따른 간섭성 검출 유닛들(500)의 수정된 예다.
도 11의 간섭성 검출 유닛(510)은, 광학적 결합기(52-3)를 도파관(53-1)으로 이동시켜 도파관(53-1) 내지 도파관(53-6)으로부터의 동일한 국부 발진기 광을 국부 발진기 광으로서 도파관(53-2)에 결합한다는 본질적인 차이점을 제외하고 도 10의 간섭성 검출 유닛(500)과 유사하다. 이러한 방식으로, 검출 유닛(510) 내에 결합된 신호 광의 x-편광된 성분과 y-편광된 성분이 동일한 국부 발진기 광
Figure pct00051
과 혼합될 수 있다. 도파관(53-5)은 그에 따라 제거될 수 있다.
제5 바람직한 실시예의 제2 수정된 예
도 12는 간섭성 검출 유닛들(520)의 평면도를 나타낸다. 도 12에 나타낸 간섭성 검출 유닛(520)은 도 10에 나타낸 실시예에 따른 간섭성 검출 유닛들(500)의 또 다른 수정된 예다.
도 12에 나타낸 간섭성 검출 유닛(520)은, 단순화를 위해 도파관들(53-2 및 53-6)의 제거, 광학적 결합기들(52-1 및 52-2)을 광학적 결합기(52-5)로 결합하고 광학적 결합기들(52-3 및 52-4)을 광학적 결합기(52-6)로 결합한다는 본질적인 차이점을 제외하고, 도 10에 나타낸 간섭성 검출 유닛(500)과 유사하며, 여기서, 간섭성 검출 유닛(520)은 도 10의 간섭성 검출 서브유닛들(301 및 302)과 유사한 간섭성 검출 서브유닛들(311 및 312)을 결합함으로써 구성된다.
도 12의 간섭성 검출 유닛(520)의 광학적 결합기(52-5)는 도 10의 간섭성 검출 유닛(500)의 광학적 결합기들(52-1 및 52-2) 양쪽 모두의 역할을 수행하고, 유사하게 간섭성 검출 유닛(520)의 광학적 결합기(52-6)는 간섭성 검출 유닛(500)의 광학적 결합기들(52-3 및 52-4) 양쪽 모두의 역할을 수행한다. 간섭성 검출 유닛(520)의 경우, 광학적 결합기(52-5)는 도파관(53-1) 내의 국부 발진기 광을 도파관(53-3) 내의 신호 광과 직접 혼합할 수 있다. 혼합된 광은 도파관(53-4) 및 도파관(53-1)의 송출 세그먼트에 전달될 수 있다. 유사하게, 광학적 결합기(52-6)는 도파관(53-5) 내의 국부 발진기 광을 도파관(53-7) 내의 신호 광과 직접 혼합할 수 있다. 혼합된 광은 도파관(53-8) 및 도파관(53-5)의 송출 세그먼트에 전달될 수 있다.
일부 양태에서, 간섭성 검출 유닛(520)의 광학적 결합기(52-5)는, 신호 광의 대부분을 도파관(53-3)으로부터 도파관(53-4)으로 전달할 수 있고, 신호 광의 적은 부분을 도파관(53-3)으로부터 도파관(53-1)의 송출 세그먼트로 전달할 수 있는 방식으로 구성될 수 있다. 유사하게, 간섭성 검출 유닛(520)의 광학적 결합기(52-6)는, 신호 광의 대부분을 도파관(53-7)으로부터 도파관(53-8)으로 전달할 수 있고, 신호 광의 적은 부분을 도파관(53-7)으로부터 도파관(53-5)의 송출 세그먼트로 전달할 수 있는 방식으로 구성될 수 있다. 광학적 결합기들(52-5 및 52-6)의 광 분할 비율의 한 예는 999:1이다.
제5 바람직한 실시예의 제3 수정된 예
도 13은 간섭성 검출 유닛들(530)의 평면도를 나타낸다. 도 13에 나타낸 간섭성 검출 유닛(530)은 도 10에 나타낸 실시예에 따른 간섭성 검출 유닛들(500)의 또 다른 수정된 예이다.
간섭성 검출 유닛(530)은, 도 11의 간섭성 검출 유닛(510) 및 도 12의 간섭성 검출 유닛(520)에 따른 간섭성 검출 유닛(500)에 대한 수정들을 결합한다. 간섭성 검출 유닛(530)은, 이하의 설명과 연계하여 도 11 및 도 12에 나타낸 실시예들에 따른 간섭성 검출 유닛들(510 및 520)을 참조하여 이해될 수 있다.
한편, 간섭성 검출 유닛(520)과 유사하게, 간섭성 검출 유닛(530)은 광학적 결합기들(52-1 및 52-2)을 단일의 광학적 결합기(52-5)로 결합하고 단순화를 위해 도파관(53-2)을 간섭성 검출 유닛(500)으로부터 제거한다(도 10 참조). 한편, 간섭성 검출 유닛(510)과 유사하게, 간섭성 검출 유닛(530)은 광학적 결합기(52-3)를 도파관(53-1)으로 이동시켜 도파관(53-1) 내지 도파관(53-6)으로부터의 동일한 국부 발진기 광을 국부 발진기 광으로서 도파관(53-4)에 결합한다. 이러한 방식으로, 검출 유닛(530) 내에 결합된 신호 광의 x-편광된 성분과 y-편광된 성분이 동일한 국부 발진기 광
Figure pct00052
과 혼합될 수 있다. 도파관(53-5)은 그에 따라 제거될 수 있다.
제6 바람직한 실시예
본 바람직한 실시예에 따른 간섭성 검출 어레이들(600, 610, 620, 630, 640, 650, 660, 670)의 8개 예가, 도 14, 도 15, 도 16, 도 17, 도 18, 도 19, 도 20 및 도 21을 참조하여 설명될 것이다.
도 14는 간섭성 검출 어레이(600)의 평면도를 나타낸다. 간섭성 검출 어레이(600)는 도 10에 나타낸 실시예에 따른 간섭성 검출 유닛(500)의 복수의 유닛을 포함하도록 구성된다. 일부 양태에서, 간섭성 검출 어레이(600)는 간섭성 검출 유닛들의 다른 실시예들을 포함할 수 있다. 일부 양태에서, 간섭성 검출 어레이(600)는 간섭성 검출 유닛(500)의 복수의 유닛들을 직선 구성으로 연결함으로써 구성될 수 있다. 다른 양태에서, 간섭성 검출 어레이의 실시예들은 간섭성 검출 유닛(500)의 복수의 유닛을 직선 구성 이외의 기하학적 구조로 연결함으로써 구성될 수 있다. 간섭성 검출 어레이(600)는 광학적 도파관 기술을 이용하여 기판(66) 상에 통합될 수 있다.
도 14에 나타낸 간섭성 검출 어레이(600)는, 간섭성 검출 어레이(200)에 이용되는 간섭성 검출 유닛(100) 대신에, 검출 어레이의 구축 블록으로서 도 10에 나타낸 실시예에 따른 간섭성 검출 유닛(500)을 채용한다는 본질적인 차이점을 제외하고는, 도 2에 나타낸 간섭성 검출 어레이(200)와 유사하다. 직선 구성의 일부 양태에서, 간섭성 검출 어레이는
Figure pct00053
개의 간섭성 검출 유닛을 갖는
Figure pct00054
개의 행 및
Figure pct00055
개의 열로 구성될 수 있다. 한 예로서, 도 14에 나타낸 간섭성 검출 어레이(600)의 실시예는, 모두가 3행 4열의 포멧으로 배열된 간섭성 검출 유닛(500)인, 12개의 간섭성 검출 유닛(500-1, 500-2, 500-3, 500-4, 500-5, 500-6, 500-7, 500-8, 500-9, 500-10, 500-11, 500-12)을 포함한다.
간섭성 검출 어레이(600)는, 이하의 설명과 연계하여, 도 2에 나타낸 실시예에 따른 간섭성 검출 어레이(200)를 참조하여 이해될 수 있다.
Figure pct00056
및
Figure pct00057
방향의 편광들과 멀티플렉싱될 수 있는 인입 신호 광을 검출하도록 구성된 간섭성 검출 유닛들(500)의 일부 양태에서, 간섭성 검출 어레이(600)의 각각의 행은, 각각의 행 인코딩 도파관에 별개의 LO 광이 도입되도록 하면서,
Figure pct00058
-편광된 광에 대한 행 인코딩 도파관 및
Figure pct00059
-편광된 광에 대한 행 인코딩 도파관을 포함하도록 구성될 수 있다. 간섭성 검출 어레이(600) 내의 접속된 간섭성 검출 유닛들(500)의 행의 일련의 도파관들(53-1 및 53-5)은 그 행의 행 인코딩 도파관들을 구성한다(도 10 및 도 14 참조).
Figure pct00060
편광을 위한 행 인코딩 도파관 내의 LO 광은 광학적 결합기(52-1)를 통해 접속된 간섭성 검출 유닛들(500)에 결합될 수 있고,
Figure pct00061
편광을 위한 행 인코딩 도파관 내의 LO 광은 광학적 결합기들(52-3)을 통해 접속된 간섭성 검출 유닛들(500)에 결합될 수 있다(도 10 및 도 14 참조).
간섭성 검출 어레이의 행 인코딩 도파관들에 도입된 LO 광의 전기장들은
Figure pct00062
및
Figure pct00063
이고,
Figure pct00064
이며, 여기서,
Figure pct00065
는 검출 어레이의 행들의 개수이다. 도파관들을 벗어나는 대응하는 투과된 LO 필드들은
Figure pct00066
및
Figure pct00067
이다. 상이한
Figure pct00068
에 대한 LO 필드들
Figure pct00069
및
Figure pct00070
는 동일하거나 상이한 광학적 주파수들, 동일하거나 상이한 크기들, 및 동일하거나 상이한 상대 위상들을 가질 수 있다.
도 14에 나타낸 간섭성 검출 어레이(600)의 경우, LO 필드들
Figure pct00071
및
Figure pct00072
은, 행 1의 행 인코딩 도파관들(61-1 및 61-2)에 각각 도입되고, LO 필드들
Figure pct00073
및
Figure pct00074
은, 각각 행 2의 행 인코딩 도파관들(61-3 및 61-4)에 각각 도입되고, LO 필드들
Figure pct00075
및
Figure pct00076
은, 행 3의 행 인코딩 도파관들(61-5 및 61-6)에 각각 도입된다.
일부 양태에서, 본 바람직한 실시예에 따른 간섭성 검출 어레이는, 각각의 열의 간섭성 검출 유닛들에 대해, 광검출기들(54-1)의 전극들(55-1 및 55-2) 및 광검출기들(54-2)의 전극들(55-3 및 55-4)이 별개의 열 판독 배선들에 접속될 수 있도록 하는 방식으로 구성될 수 있다. 다른 양태들에서, 광검출기들(54-1)의 전극들(55-1) 또는 전극들(55-2) 중 어느 하나와, 광검출기들(54-2)의 전극들(55-3) 또는 전극들(55-4) 중 어느 하나는, 별개의 열 판독 배선들 대신에, 공통 열 판독 배선에 접속될 수 있다.
도 14의 예시에서의 열 1의 간섭성 검출 유닛들(500-1, 500-5 및 500-9)의 경우, 광검출기들(54-1)의 전극들(55-1 및 55-2)은 열 판독 배선들(62-1 및 63-1)에 각각 접속되고, 광검출기들(54-2)의 전극들(55-3 및 55-4)은 열 판독 배선들(64-1 및 65-1)에 각각 접속된다. 유사하게, 열 2의 간섭성 검출 유닛들(500-2, 500-6 및 500-10)의 경우, 광검출기들(54-1)의 전극들(55-1 및 55-2)은 열 판독 배선들(62-2 및 63-2)에 각각 접속되고, 광검출기들(54-2)의 전극들(55-3 및 55-4)은 열 판독 배선들(64-2 및 65-2)에 각각 접속된다. 유사하게, 열 3의 간섭성 검출 유닛들(500-3, 500-7 및 500-11)의 경우, 광검출기들(54-1)의 전극들(55-1 및 55-2)은 열 판독 배선들(62-3 및 63-3)에 각각 접속되고, 광검출기들(54-2)의 전극들(55-3, 55-4)은 열 판독 배선들(64-3 및 65-3)에 각각 접속된다. 유사하게, 열 4의 간섭성 검출 유닛들(500-4, 500-8 및 500-12)의 경우, 광검출기들(54-1)의 전극들(55-1 및 55-2)은 열 판독 배선들(62-4 및 63-4)에 각각 접속되고, 광검출기들(54-2)의 전극들(55-3 및 55-4)은 열 판독 배선들(64-4 및 65-4)에 각각 접속된다.
도 2와 유사하게, 도 14의 패드들(Pa)은 주변 판독 회로들에 접속될 수 있는 열 판독 배선들의 출력 단자들이다.
제6 바람직한 실시예의 제1 수정된 예
도 15는 간섭성 검출 어레이(610)의 평면도를 나타낸다. 간섭성 검출 어레이(610)는 도 14에 나타낸 실시예에 따른 간섭성 검출 어레이(600)의 수정된 예이다. 간섭성 검출 어레이(600)와 유사하게, 간섭성 검출 어레이(610)는 도 10에 나타낸 실시예에 따른 간섭성 검출 유닛(500)의 복수의 유닛을 포함하도록 구성될 수 있다. 간섭성 검출 어레이(610)의 각각의 행은 도파관들(53-1)(도 10 참조)을 이용하여 일련의 간섭성 검출 유닛(500)을 연결함으로써 구성될 수 있다. 간섭성 검출 유닛들(500)의 복수의 행은 검출 어레이를 형성하기 위해 전기 전도성 경로들에 의해 직렬로 연결될 수 있다. 한 예로서, 도 15에 나타낸 간섭성 검출 어레이(610)의 실시예는, 모두가 3행 4열의 포멧으로 배열된 간섭성 검출 유닛(500)인, 12개의 간섭성 검출 유닛(500-1, 500-2, 500-3, 500-4, 500-5, 500-6, 500-7, 500-8, 500-9, 500-10, 500-11, 500-12)을 포함한다.
간섭성 검출 어레이(600)와 유사하게, 본 바람직한 실시예에 따른 간섭성 검출 어레이(610)는, 각각의 열의 간섭성 검출 유닛들에 대해, 광검출기들(54-1)의 전극들(55-1) 또는 전극들(55-2) 중 어느 하나가 열 판독 배선에 접속될 수 있고, 유사하게 광검출기들(54-2)의 전극들(55-3) 또는 전극들(55-4) 중 어느 하나가 열 판독 배선에 접속될 수 있도록 하는 방식으로 구성될 수 있다.
간섭성 검출 어레이(600)와는 달리, 본 바람직한 실시예에 따른 간섭성 검출 어레이(610)는, 간섭성 검출 유닛들의 광검출기들의 다른 전극들이, 열 판독 배선들에 의해 상이한 행들을 가로지르는 대신에, 행 인코딩 배선들에 의해 상이한 열들을 가로질러 접속될 수 있도록 하는 방식으로 구성될 수 있다. 간섭성 검출 어레이(610)의 각각의 행 내의 간섭성 검출 유닛들(500)의 경우, 광검출기들(54-1)의 전극들(55-1) 또는 전극들(55-2) 중 어느 하나는 행 인코딩 배선에 접속될 수 있고, 유사하게 광검출기들(54-2)의 전극들(55-3) 또는 전극들(55-4) 중 어느 하나는 행 인코딩 배선에 접속될 수 있다. 일부 양태에서, 행 인코딩 배선들 중 일부는 레이아웃을 단순화하기 위해 결합될 수 있다.
도 15에 나타낸 간섭성 검출 어레이(610)를 참조한다. 한편, 열 1의 간섭성 검출 유닛들(500-1, 500-5, 500-9)의 경우, 광검출기들(54-1)의 전극들(55-2)은 열 판독 배선(63-1)에 접속되고, 광검출기들(54-2)의 전극들(55-3)은 열 판독 배선(64-1)에 접속된다.
유사하게, 열 2의 간섭성 검출 유닛들(500-2, 500-6 및 500-10)의 경우, 광검출기들(54-1)의 전극들(55-2)은 열 판독 배선(63-2)에 접속되고, 광검출기들(54-2)의 전극들(55-3)은 열 판독 배선(64-2)에 접속된다.
유사하게, 열 3의 간섭성 검출 유닛들(500-3, 500-7, 및 500-11)의 경우, 광검출기들(54-1)의 전극들(55-2)은 열 판독 배선(63-3)에 접속되고, 광검출기들(54-2)의 전극들(55-3)은 열 판독 배선(64-3)에 접속된다.
유사하게, 열 4의 간섭성 검출 유닛들(500-4, 500-8 및 500-12)의 경우, 광검출기들(54-1)의 전극들(55-2)은 열 판독 배선(63-4)에 접속되고, 광검출기들(54-2)의 전극들(55-3)은 열 판독 배선(64-4)에 접속된다.
반면, 행 1의 간섭성 검출 유닛들(500-1, 500-2, 500-3 및 500-4)의 경우, 광검출기들(54-1)의 전극들(55-1)은 행 인코딩 배선(67-1)에 접속되고 광검출기들(54-2)의 전극들(55-4)은 행 인코딩 배선(68-1)에 접속된다.
유사하게, 행 2의 간섭성 검출 유닛들(500-5, 500-6, 500-7 및 500-8)의 경우, 광검출기들(54-1)의 전극들(55-1)은 행 인코딩 배선(67-2)에 접속되고 광검출기들(54-2)의 전극들(55-4)은 행 인코딩 배선(68-2)에 접속된다.
유사하게, 행 3의 간섭성 검출 유닛들(500-9, 500-10, 500-11 및 500-12)의 경우, 광검출기들(54-1)의 전극들(55-1)은 행 인코딩 배선(67-3)에 접속되고 광검출기들(54-2)의 전극들(55-4)은 행 인코딩 배선(68-3)에 접속된다.
도 15의 패드들(Pa)은 주변 전기 회로들에 접속될 수 있는 열 판독 배선들 및 행-인코딩 배선들의 단자들이다.
제6 바람직한 실시예의 제2 수정된 예
도 16은 간섭성 검출 어레이(620)의 평면도를 나타낸다. 간섭성 검출 어레이(620)는 도 14에 나타낸 실시예에 따른 간섭성 검출 어레이(600)의 또 다른 수정된 예이다.
도 16에 나타낸 간섭성 검출 어레이(620)는, 간섭성 검출 어레이(600)에 이용되는 간섭성 검출 유닛(500) 대신에, 검출 어레이의 구축 블록으로서 도 11에 나타낸 실시예에 따른 간섭성 검출 유닛(510)을 채용한다는 본질적인 차이점을 제외하고는, 도 14에 나타낸 간섭성 검출 어레이(600)와 유사하다. 직선 구성의 일부 양태에서, 간섭성 검출 어레이는
Figure pct00077
개의 간섭성 검출 유닛을 갖는
Figure pct00078
개의 행 및
Figure pct00079
개의 열로 구성될 수 있다. 한 예로서, 도 16에 나타낸 간섭성 검출 어레이(620)의 실시예는, 모두가 3행 4열의 포멧으로 배열된 간섭성 검출 유닛(510)인, 12개의 간섭성 검출 유닛(510-1, 510-2, 510-3, 510-4, 510-5, 510-6, 510-7, 510-8, 510-9, 510-10, 510-11, 510-12)을 포함한다.
간섭성 검출 유닛들(510)이 채용되면,
Figure pct00080
-편광된 광 및
Figure pct00081
-편광된 광에 대한 행 인코딩 도파관들은 하나로 결합되고,
Figure pct00082
인 동일한 국부 발진기 광
Figure pct00083
이 2개의 편광에 대해 이용될 수 있고, 여기서,
Figure pct00084
는 행의 수이다.
도 16에 나타낸 간섭성 검출 어레이(620)의 경우, LO 광
Figure pct00085
은 행 1의 행 인코딩 도파관(61-1)에 도입되고, LO 광
Figure pct00086
은 행 2의 행 인코딩 도파관(61-3)에 도입되고, LO 광
Figure pct00087
은 행 3의 행 인코딩 도파관(61-5)에 도입된다.
제6 바람직한 실시예의 제3 수정된 예
도 17은 간섭성 검출 어레이(630)의 평면도를 나타낸다. 간섭성 검출 어레이(630)는 도 14에 나타낸 실시예에 따른 간섭성 검출 어레이(600)의 또 다른 수정된 예이다.
간섭성 검출 어레이(630)는, 도 15의 간섭성 검출 어레이(610) 및 도 16의 간섭성 검출 어레이(620)에 따른 간섭성 검출 어레이(600)에 대한 수정들을 결합한다. 간섭성 검출 어레이(630)는, 이하의 설명과 연계하여 도 15 및 도 16에 나타낸 실시예들에 따른 간섭성 검출 어레이들(610 및 620)을 참조하여 이해될 수 있다.
한편, 간섭성 검출 어레이(620)와 유사하게, 간섭성 검출 어레이(630)는, 간섭성 검출 어레이들(600 및 610)에 이용된 간섭성 검출 유닛(500) 대신에, 검출 어레이의 구축 블록으로서 도 11에 나타낸 실시예에 따른 간섭성 검출 유닛들(510)을 채용한다.
간섭성 검출 유닛들(510)이 채용되면,
Figure pct00088
-편광된 광 및
Figure pct00089
-편광된 광에 대한 행 인코딩 도파관들은 하나로 결합되고,
Figure pct00090
인 동일한 국부 발진기 광
Figure pct00091
이 2개의 편광에 대해 이용될 수 있고, 여기서,
Figure pct00092
는 행의 수이다.
도 17에 나타낸 간섭성 검출 어레이(630)의 경우, LO 광
Figure pct00093
은 행 1의 행 인코딩 도파관(61-1)에 도입되고, LO 광
Figure pct00094
은 행 2의 행 인코딩 도파관(61-3)에 도입되고, LO 광
Figure pct00095
은 행 3의 행 인코딩 도파관(61-5)에 도입된다.
반면, 간섭성 검출 어레이(610)와 유사하게, 간섭성 검출 어레이(630)는, 검출 어레이의 각각의 열의 간섭성 검출 유닛들(510)에 대해, 광검출기들(54-1)의 전극들(55-1) 또는 전극들(55-2) 중 어느 하나는 그 열의 행들을 가로질러 열 판독 배선에 접속될 수 있고 광검출기들(54-2)의 전극들(55-3) 또는 전극들(55-4) 중 어느 하나는 그 열의 행들을 가로질러 열 판독 배선에 접속될 수 있는 반면, 검출 어레이의 각각의 행의 간섭성 검출 유닛들(510)의 광검출기들(54-1 및 54-2)의 다른 전극들은, 그 행의 열들을 가로질러, 행 인코딩 배선들, 또는 공통 행 인코딩 배선에 접속될 수 있는 방식으로 구성될 수 있다.
도 17에 나타낸 간섭성 검출 어레이(630)를 참조한다. 한편, 열 1의 간섭성 검출 유닛들(510-1, 510-5, 510-9)의 경우, 광검출기들(54-1)의 전극들(55-2)은 열 판독 배선(63-1)에 접속되고, 광검출기들(54-2)의 전극들(55-3)은 열 판독 배선(64-1)에 접속된다.
유사하게, 열 2의 간섭성 검출 유닛들(510-2, 510-6 및 510-10)의 경우, 광검출기들(54-1)의 전극들(55-2)은 열 판독 배선(63-2)에 접속되고, 광검출기들(54-2)의 전극들(55-3)은 열 판독 배선(64-2)에 접속된다.
유사하게, 열 3의 간섭성 검출 유닛들(510-3, 510-7, 및 510-11)의 경우, 광검출기들(54-1)의 전극들(55-2)은 열 판독 배선(63-3)에 접속되고, 광검출기들(54-2)의 전극들(55-3)은 열 판독 배선(64-3)에 접속된다.
유사하게, 열 4의 간섭성 검출 유닛들(510-4, 510-8 및 510-12)의 경우, 광검출기들(54-1)의 전극들(55-2)은 열 판독 배선(63-4)에 접속되고, 광검출기들(54-2)의 전극들(55-3)은 열 판독 배선(64-4)에 접속된다.
반면, 행 1의 간섭성 검출 유닛들(510-1, 510-2, 510-3 및 510-4)의 경우, 광검출기들(54-1)의 전극들(55-1)은 행 인코딩 배선(67-1)에 접속되고 광검출기들(54-2)의 전극들(55-4)은 행 인코딩 배선(68-1)에 접속된다.
유사하게, 행 2의 간섭성 검출 유닛들(510-5, 510-6, 510-7 및 510-8)의 경우, 광검출기들(54-1)의 전극들(55-1)은 행 인코딩 배선(67-2)에 접속되고 광검출기들(54-2)의 전극들(55-4)은 행 인코딩 배선(68-2)에 접속된다.
유사하게, 행 3의 간섭성 검출 유닛들(510-9, 510-10, 510-11 및 510-12)의 경우, 광검출기들(54-1)의 전극들(55-1)은 행 인코딩 배선(67-3)에 접속되고 광검출기들(54-2)의 전극들(55-4)은 행 인코딩 배선(68-3)에 접속된다.
제6 바람직한 실시예의 제4 수정된 예
도 18은 간섭성 검출 어레이(640)의 평면도를 나타낸다. 간섭성 검출 어레이(640)는 도 14에 나타낸 실시예에 따른 간섭성 검출 어레이(600)의 또 다른 수정된 예이다.
도 18에 나타낸 간섭성 검출 어레이(640)는, 간섭성 검출 어레이(600)에 이용되는 간섭성 검출 유닛(500) 대신에, 검출 어레이의 구축 블록으로서 도 12에 나타낸 실시예에 따른 간섭성 검출 유닛(520)을 채용한다는 본질적인 차이점을 제외하고는, 도 14에 나타낸 간섭성 검출 어레이(600)와 유사하다. 직선 구성의 일부 양태에서, 간섭성 검출 어레이는
Figure pct00096
개의 간섭성 검출 유닛을 갖는
Figure pct00097
개의 행 및
Figure pct00098
개의 열로 구성될 수 있다. 한 예로서, 도 18에 나타낸 간섭성 검출 어레이(640)의 실시예는, 모두가 3행 4열의 포멧으로 배열된 간섭성 검출 유닛(520)인, 12개의 간섭성 검출 유닛(520-1, 520-2, 520-3, 520-4, 520-5, 520-6, 520-7, 520-8, 520-9, 520-10, 520-11, 520-12)을 포함한다.
제6 바람직한 실시예의 제5 수정된 예
도 19는 간섭성 검출 어레이(650)의 평면도를 나타낸다. 간섭성 검출 어레이(650)는 도 14에 나타낸 실시예에 따른 간섭성 검출 어레이(600)의 또 다른 수정된 예이다.
간섭성 검출 어레이(650)는, 도 15의 간섭성 검출 어레이(610) 및 도 18의 간섭성 검출 어레이(640)에 따른 간섭성 검출 어레이(600)에 대한 수정들을 결합한다. 간섭성 검출 어레이(650)는, 이하의 설명과 연계하여 도 15 및 도 18에 나타낸 실시예들에 따른 간섭성 검출 어레이들(610 및 640)을 참조하여 이해될 수 있다.
한편, 간섭성 검출 어레이(640)와 유사하게, 간섭성 검출 어레이(650)는, 간섭성 검출 어레이들(600 및 610)에 이용된 간섭성 검출 유닛(500) 대신에, 검출 어레이의 구축 블록으로서 도 12에 나타낸 실시예에 따른 간섭성 검출 유닛들(520)을 채용한다.
반면, 간섭성 검출 어레이(610)와 유사하게, 간섭성 검출 어레이(650)는, 검출 어레이의 각각의 열의 간섭성 검출 유닛들(520)에 대해, 광검출기들(54-1)의 전극들(55-1) 또는 전극들(55-2) 중 어느 하나는 그 열의 행들을 가로질러 열 판독 배선에 접속될 수 있고 광검출기들(54-2)의 전극들(55-3) 또는 전극들(55-4) 중 어느 하나는 그 열의 행들을 가로질러 열 판독 배선에 접속될 수 있는 반면, 검출 어레이의 각각의 행의 간섭성 검출 유닛들(520)의 광검출기들(54-1 및 54-2)의 다른 전극들은, 그 행의 열들을 가로질러, 행 인코딩 배선들, 또는 공통 행 인코딩 배선에 접속될 수 있는 방식으로 구성될 수 있다.
도 19에 나타낸 간섭성 검출 어레이(650)를 참조한다. 한편, 열 1의 간섭성 검출 유닛들(520-1, 520-5, 520-9)의 경우, 광검출기들(54-1)의 전극들(55-2)은 열 판독 배선(63-1)에 접속되고, 광검출기들(54-2)의 전극들(55-3)은 열 판독 배선(64-1)에 접속된다.
유사하게, 열 2의 간섭성 검출 유닛들(520-2, 520-6 및 520-10)의 경우, 광검출기들(54-1)의 전극들(55-2)은 열 판독 배선(63-2)에 접속되고, 광검출기들(54-2)의 전극들(55-3)은 열 판독 배선(64-2)에 접속된다.
유사하게, 열 3의 간섭성 검출 유닛들(520-3, 520-7, 및 520-11)의 경우, 광검출기들(54-1)의 전극들(55-2)은 열 판독 배선(63-3)에 접속되고, 광검출기들(54-2)의 전극들(55-3)은 열 판독 배선(64-3)에 접속된다.
유사하게, 열 4의 간섭성 검출 유닛들(520-4, 520-8 및 520-12)의 경우, 광검출기들(54-1)의 전극들(55-2)은 열 판독 배선(63-4)에 접속되고, 광검출기들(54-2)의 전극들(55-3)은 열 판독 배선(64-4)에 접속된다.
반면, 행 1의 간섭성 검출 유닛들(520-1, 520-2, 520-3 및 520-4)의 경우, 광검출기들(54-1)의 전극들(55-1)은 행 인코딩 배선(67-1)에 접속되고 광검출기들(54-2)의 전극들(55-4)은 행 인코딩 배선(68-1)에 접속된다.
유사하게, 행 2의 간섭성 검출 유닛들(520-5, 520-6, 520-7 및 520-8)의 경우, 광검출기들(54-1)의 전극들(55-1)은 행 인코딩 배선(67-2)에 접속되고 광검출기들(54-2)의 전극들(55-4)은 행 인코딩 배선(68-2)에 접속된다.
유사하게, 행 3의 간섭성 검출 유닛들(520-9, 520-10, 520-11 및 520-12)의 경우, 광검출기들(54-1)의 전극들(55-1)은 행 인코딩 배선(67-3)에 접속되고 광검출기들(54-2)의 전극들(55-4)은 행 인코딩 배선(68-3)에 접속된다.
제6 바람직한 실시예의 제6 수정된 예
도 20은 간섭성 검출 어레이(660)의 평면도를 나타낸다. 간섭성 검출 어레이(660)는 도 14에 나타낸 실시예에 따른 간섭성 검출 어레이(600)의 또 다른 수정된 예이다.
도 20에 나타낸 간섭성 검출 어레이(660)는, 간섭성 검출 어레이(600)에 이용되는 간섭성 검출 유닛(500) 대신에, 검출 어레이의 구축 블록으로서 도 13에 나타낸 실시예에 따른 간섭성 검출 유닛(530)을 채용한다는 본질적인 차이점을 제외하고는, 도 14에 나타낸 간섭성 검출 어레이(600)와 유사하다. 직선 구성의 일부 양태에서, 간섭성 검출 어레이는
Figure pct00099
개의 간섭성 검출 유닛을 갖는
Figure pct00100
개의 행 및
Figure pct00101
개의 열로 구성될 수 있다. 한 예로서, 도 20에 나타낸 간섭성 검출 어레이(660)의 실시예는, 모두가 3행 4열의 포멧으로 배열된 간섭성 검출 유닛(530)인, 12개의 간섭성 검출 유닛(530-1, 530-2, 530-3, 530-4, 530-5, 530-6, 530-7, 530-8, 530-9, 530-10, 530-11, 530-12)을 포함한다.
간섭성 검출 유닛들(530)이 채용되면,
Figure pct00102
-편광된 광 및
Figure pct00103
-편광된 광에 대한 행 인코딩 도파관들은 하나로 결합되고,
Figure pct00104
인 동일한 국부 발진기 광
Figure pct00105
이 2개의 편광에 대해 이용될 수 있고, 여기서,
Figure pct00106
는 행의 수이다.
도 20에 나타낸 간섭성 검출 어레이(660)의 경우, LO 광
Figure pct00107
은 행 1의 행 인코딩 도파관(61-1)에 도입되고, LO 광
Figure pct00108
은 행 2의 행 인코딩 도파관(61-3)에 도입되고, LO 광
Figure pct00109
은 행 3의 행 인코딩 도파관(61-5)에 도입된다.
제6 바람직한 실시예의 제7 수정된 예
도 21은 간섭성 검출 어레이(670)의 평면도를 나타낸다. 간섭성 검출 어레이(670)는 도 14에 나타낸 실시예에 따른 간섭성 검출 어레이(600)의 또 다른 수정된 예이다.
간섭성 검출 어레이(670)는, 도 15의 간섭성 검출 어레이(610) 및 도 20의 간섭성 검출 어레이(660)에 따른 간섭성 검출 어레이(600)에 대한 수정들을 결합한다. 간섭성 검출 어레이(670)는, 이하의 설명과 연계하여 도 15 및 도 20에 나타낸 실시예들에 따른 간섭성 검출 어레이들(610 및 660)을 참조하여 이해될 수 있다.
한편, 간섭성 검출 어레이(660)와 유사하게, 간섭성 검출 어레이(670)는, 간섭성 검출 어레이들(600 및 610)에 이용된 간섭성 검출 유닛(500) 대신에, 검출 어레이의 구축 블록으로서 도 13에 나타낸 실시예에 따른 간섭성 검출 유닛들(530)을 채용한다.
간섭성 검출 유닛들(530)이 채용되면,
Figure pct00110
-편광된 광 및
Figure pct00111
-편광된 광에 대한 행 인코딩 도파관들은 하나로 결합되고,
Figure pct00112
인 동일한 국부 발진기 광
Figure pct00113
이 2개의 편광에 대해 이용될 수 있고, 여기서,
Figure pct00114
는 행의 수이다.
도 21에 나타낸 간섭성 검출 어레이(670)의 경우, LO 광
Figure pct00115
은 행 1의 행 인코딩 도파관(61-1)에 도입되고, LO 광
Figure pct00116
은 행 2의 행 인코딩 도파관(61-3)에 도입되고, LO 광
Figure pct00117
은 행 3의 행 인코딩 도파관(61-5)에 도입된다.
반면, 간섭성 검출 어레이(610)와 유사하게, 간섭성 검출 어레이(670)는, 검출 어레이의 각각의 열의 간섭성 검출 유닛들(530)에 대해, 광검출기들(54-1)의 전극들(55-1) 또는 전극들(55-2) 중 어느 하나는 그 열의 행들을 가로질러 열 판독 배선에 접속될 수 있고 광검출기들(54-2)의 전극들(55-3) 또는 전극들(55-4) 중 어느 하나는 그 열의 행들을 가로질러 열 판독 배선에 접속될 수 있는 반면, 검출 어레이의 각각의 행의 간섭성 검출 유닛들(530)의 광검출기들(54-1 및 54-2)의 다른 전극들은, 그 행의 열들을 가로질러, 행 인코딩 배선들, 또는 공통 행 인코딩 배선에 접속될 수 있는 방식으로 구성될 수 있다.
도 21에 나타낸 간섭성 검출 어레이(670)를 참조한다. 한편, 열 1의 간섭성 검출 유닛들(530-1, 530-5, 530-9)의 경우, 광검출기들(54-1)의 전극들(55-2)은 열 판독 배선(63-1)에 접속되고, 광검출기들(54-2)의 전극들(55-3)은 열 판독 배선(64-1)에 접속된다.
유사하게, 열 2의 간섭성 검출 유닛들(530-2, 530-6 및 530-10)의 경우, 광검출기들(54-1)의 전극들(55-2)은 열 판독 배선(63-2)에 접속되고, 광검출기들(54-2)의 전극들(55-3)은 열 판독 배선(64-2)에 접속된다.
유사하게, 열 3의 간섭성 검출 유닛들(530-3, 530-7, 및 530-11)의 경우, 광검출기들(54-1)의 전극들(55-2)은 열 판독 배선(63-3)에 접속되고, 광검출기들(54-2)의 전극들(55-3)은 열 판독 배선(64-3)에 접속된다.
유사하게, 열 4의 간섭성 검출 유닛들(530-4, 530-8 및 530-12)의 경우, 광검출기들(54-1)의 전극들(55-2)은 열 판독 배선(63-4)에 접속되고, 광검출기들(54-2)의 전극들(55-3)은 열 판독 배선(64-4)에 접속된다.
반면, 행 1의 간섭성 검출 유닛들(530-1, 530-2, 530-3 및 530-4)의 경우, 광검출기들(54-1)의 전극들(55-1)은 행 인코딩 배선(67-1)에 접속되고 광검출기들(54-2)의 전극들(55-4)은 행 인코딩 배선(68-1)에 접속된다.
유사하게, 행 2의 간섭성 검출 유닛들(530-5, 530-6, 530-7 및 530-8)의 경우, 광검출기들(54-1)의 전극들(55-1)은 행 인코딩 배선(67-2)에 접속되고 광검출기들(54-2)의 전극들(55-4)은 행 인코딩 배선(68-2)에 접속된다.
유사하게, 행 3의 간섭성 검출 유닛들(530-9, 530-10, 530-11 및 530-12)의 경우, 광검출기들(54-1)의 전극들(55-1)은 행 인코딩 배선(67-3)에 접속되고 광검출기들(54-2)의 전극들(55-4)은 행 인코딩 배선(68-3)에 접속된다.
제7 바람직한 실시예
본 바람직한 실시예에 따른 간섭성 검출 유닛들(700 및 710)의 2개의 예가 도 22 및 도 23을 참조하여 설명될 것이다.
도 22는 간섭성 검출 유닛들(700)의 평면도를 나타낸다. 도 22에 나타낸 간섭성 검출 유닛(700)은, 편광된 광 분리 자유 공간-도파관 결합기(71), 광학적 결합기들(72-1, 72-2, 72-3, 72-4), 도파관들(73-1, 73-2, 73-3, 73-4, 73-5, 73-6, 73-7, 73-8, 73-9 및 73-10), 광검출기들(74-1, 74-2, 74-3, 및 74-4), 및 전극들(75-1, 75-2, 75-3, 75-4, 75-5, 75-6, 75-7 및 75-8)을 포함하도록 구성된다. 간섭성 검출 유닛(700)은 또한, 간섭성 검출 유닛의 속성들을 변조 또는 수정하는데 이용될 수 있는 하나 이상의 변조기 및/또는 히터 등의 추가 컴포넌트들을 포함하도록 구성될 수 있다. 이들 추가 컴포넌트들은 도 22에 도시되어 있지 않다. 간섭성 검출 유닛(700)은 광학적 도파관 기술을 이용하여 기판(76) 상에 통합될 수 있다.
간섭성 검출 유닛(700)은 도 1에 나타낸 간섭성 검출 유닛(100)의 수정된 버전이다. 간섭성 검출 유닛(700)은 2개의 편광 성분이 별개로 측정될 수 있는 방식으로
Figure pct00118
및
Figure pct00119
방향의 편광들과 멀티플렉싱될 수 있는 인입 신호 광을 검출하도록 구성된다. 간섭성 검출 유닛(700)은, 이하의 설명과 연계하여, 도 1에 나타낸 실시예에 따른 간섭성 검출 유닛(100)을 참조하여 이해될 수 있다.
간섭성 검출 유닛(700)은, 각각이 간섭성 검출 유닛(100)과 유사한 간섭성 검출 서브유닛들(101 및 102)(도 22 참조)을, 간섭성 검출 유닛(100)의 자유 공간-도파관 결합기(11)를 대체하는 편광된 광 분리 자유 공간-도파관 결합기(71)와 결합함으로써 구성된다. 간섭성 검출 서브유닛(101)은, 편광된 광 분리 자유 공간-도파관 결합기(71), 광학적 결합기들(72-1 및 72-2), 도파관들(73-1, 73-2, 73-3, 73-4 및 73-5), 광검출기들(74-1 및 74-2), 전극들(75-1, 75-2, 75-3 및 75-4)을 포함하도록 구성된다. 간섭성 검출 서브유닛(102)은, 동일한 편광된 광 분리 자유 공간-도파관 결합기(71), 광학적 결합기들(72-3 및 72-4), 도파관들(73-6, 73-7, 73-8, 73-9 및 73-10), 광검출기들(74-3 및 74-4), 및 전극들(75-5, 75-6, 75-7 및 75-8)을 포함하도록 구성된다. 이러한 구성에서, 편광된 광 분리 자유 공간-도파관 결합기(71)는 2개의 간섭성 검출 서브유닛(101 및 102)의 공통 컴포넌트이다.
도 22에서, 도파관(73-1)은, 국부 발진기 광
Figure pct00120
이 도입될 수 있는 하나의 말단과 국부 발진기 광
Figure pct00121
이 투과될 수 있는 다른 말단을 가지며, 도파관(73-10)은 국부 발진기 광
Figure pct00122
이 도입될 수 있는 하나의 말단과 국부 발진기 광
Figure pct00123
이 투과될 수 있는 다른 말단을 가질 수 있다.
간섭성 검출 유닛(700)은 멀티플렉싱된 x-편광된 광 및 y-편광된 광을 포함할 수 있는 신호 광
Figure pct00124
을 수신하기 위해 편광된 광 분리 자유 공간-도파관 결합기(71)를 이용한다. 신호 광
Figure pct00125
은 편광된 광 분리 자유 공간-도파관 결합기(71)에 의해 수신되어 x-편광된 광과 y-편광된 광으로 분리될 수 있다. 한편, x-편광된 광은 도파관(73-3)을 통해 간섭성 검출 서브유닛(101) 내로 운반될 수 있고 광검출기들(74-1 및 74-2)에 의해 검출될 때 전극들(75-1, 75-2, 75-3 및 75-4)에서 광전류를 야기할 수 있다. 반면, y-편광된 광은 도파관(73-7)을 통해 간섭성 검출 서브유닛(102) 내로 운반될 수 있고 광검출기들(74-3 및 74-4)에 의해 검출될 때 전극들(75-5, 75-6, 75-7 및 75-8)에서 광전류를 야기할 수 있다.
제7 바람직한 실시예의 수정된 예
도 23은 간섭성 검출 유닛들(710)의 평면도를 나타낸다. 도 23에 나타낸 간섭성 검출 유닛(710)은 도 22에 나타낸 실시예에 따른 간섭성 검출 유닛들(700)의 수정된 예다.
도 23의 간섭성 검출 유닛(710)은, 광학적 결합기(72-3)를 도파관(73-1)으로 이동시켜 도파관(73-1) 내지 도파관(73-6)으로부터의 동일한 국부 발진기 광을 국부 발진기 광으로서 도파관(73-2)에 결합한다는 본질적인 차이점을 제외하고 도 22의 간섭성 검출 유닛(700)과 유사하다. 이러한 방식으로, 검출 유닛(710) 내에 결합된 신호 광의 x-편광된 성분과 y-편광된 성분이 동일한 국부 발진기 광
Figure pct00126
과 혼합될 수 있다. 도파관(73-10)은 그에 따라 제거될 수 있다.
제8 바람직한 실시예
본 바람직한 실시예에 따른 간섭성 검출 어레이들(800, 810, 820, 830)의 4개의 예가 도 24, 도 25, 도 26 및 도 27을 참조하여 설명될 것이다.
도 24는 간섭성 검출 어레이(800)의 평면도를 나타낸다. 간섭성 검출 어레이(800)는 도 22에 나타낸 실시예에 따른 간섭성 검출 유닛(700)의 복수의 유닛을 포함하도록 구성된다. 일부 양태에서, 간섭성 검출 어레이(800)는 간섭성 검출 유닛들의 다른 실시예들을 포함할 수 있다. 일부 양태에서, 간섭성 검출 어레이(800)는 간섭성 검출 유닛(700)의 복수의 유닛들을 직선 구성으로 연결함으로써 구성될 수 있다. 다른 양태에서, 간섭성 검출 어레이의 실시예들은 간섭성 검출 유닛(700)의 복수의 유닛을 직선 구성 이외의 기하학적 구조로 연결함으로써 구성될 수 있다. 간섭성 검출 어레이(800)는 광학적 도파관 기술을 이용하여 기판(86) 상에 통합될 수 있다.
도 24에 나타낸 간섭성 검출 어레이(800)는, 간섭성 검출 어레이(200)에 이용되는 간섭성 검출 유닛(100) 대신에, 검출 어레이의 구축 블록으로서 도 22에 나타낸 실시예에 따른 간섭성 검출 유닛(700)을 채용한다는 본질적인 차이점을 제외하고는, 도 2에 나타낸 간섭성 검출 어레이(200)와 유사하다. 직선 구성의 일부 양태에서, 간섭성 검출 어레이는
Figure pct00127
개의 간섭성 검출 유닛을 갖는
Figure pct00128
개의 행 및
Figure pct00129
개의 열로 구성될 수 있다. 한 예로서, 도 24에 나타낸 간섭성 검출 어레이(800)의 실시예는, 모두가 2행 3열의 포멧으로 배열된 간섭성 검출 유닛(700)인, 6개의 간섭성 검출 유닛(700-1, 700-2, 700-3, 700-4, 700-5 및 700-6)을 포함한다.
간섭성 검출 어레이(800)는, 이하의 설명과 연계하여, 도 2에 나타낸 실시예에 따른 간섭성 검출 어레이(200)를 참조하여 이해될 수 있다.
Figure pct00130
및
Figure pct00131
방향의 편광들과 멀티플렉싱될 수 있는 인입 신호 광을 검출하도록 구성된 간섭성 검출 유닛들(700)의 일부 양태에서, 간섭성 검출 어레이(800)의 각각의 행은, 각각의 행 인코딩 도파관에 별개의 LO 광이 도입되도록 하면서,
Figure pct00132
-편광된 광에 대한 행 인코딩 도파관 및
Figure pct00133
-편광된 광에 대한 행 인코딩 도파관을 포함하도록 구성될 수 있다. 간섭성 검출 어레이(800) 내의 접속된 간섭성 검출 유닛들(700)의 행의 일련의 도파관들(73-1 및 73-10)은 그 행의 행 인코딩 도파관들을 구성한다(도 22 및 도 24 참조).
Figure pct00134
편광을 위한 행 인코딩 도파관 내의 LO 광은 광학적 결합기(72-1)를 통해 접속된 간섭성 검출 유닛들(700)에 결합될 수 있고,
Figure pct00135
편광을 위한 행 인코딩 도파관 내의 LO 광은 광학적 결합기들(72-3)을 통해 접속된 간섭성 검출 유닛들(700)에 결합될 수 있다(도 22 및 도 24 참조).
간섭성 검출 어레이의 행 인코딩 도파관들에 도입된 LO 광의 전기장들은
Figure pct00136
및
Figure pct00137
이고,
Figure pct00138
이며, 여기서,
Figure pct00139
는 검출 어레이의 행들의 개수이다. 도파관들을 벗어나는 대응하는 투과된 LO 필드들은
Figure pct00140
및
Figure pct00141
이다. 상이한
Figure pct00142
에 대한 LO 필드들
Figure pct00143
및
Figure pct00144
는 동일하거나 상이한 광학적 주파수들, 동일하거나 상이한 크기들, 및 동일하거나 상이한 상대 위상들을 가질 수 있다.
도 24에 나타낸 간섭성 검출 어레이(800)의 경우, LO 필드들
Figure pct00145
및
Figure pct00146
는, 행 1의 행 인코딩 도파관들(81-1 및 81-2)에 각각 도입되고, LO 필드들
Figure pct00147
및
Figure pct00148
는, 행 2의 행 인코딩 도파관들(81-3 및 81-4)에 각각 도입된다.
일부 양태에서, 본 바람직한 실시예에 따른 간섭성 검출 어레이는, 각각의 열의 간섭성 검출 유닛들에 대해, 광검출기들(74-1)의 전극들(75-1 및 75-2), 광검출기들(74-2)의 전극들(75-3 및 75-4), 광검출기들(74-3)의 전극들(75-5 및 75-6), 및 광검출기들(74-4)의 전극들(75-7 및 75-8)이 별개의 열 판독 배선에 접속될 수 있는 방식으로 구성될 수 있다. 다른 양태들에서, 광검출기들(74-1)의 전극들(75-1) 또는 전극들(75-2) 중 어느 하나와 광검출기들(74-2)의 전극들(75-3) 또는 전극들(75-4) 중 어느 하나는 별개의 열 판독 배선 대신에 공통 열 판독 배선에 접속될 수 있고, 광검출기들(74-3)의 전극들(75-5) 또는 전극들(75-6) 중 어느 하나와 광검출기들(74-4)의 전극들(75-7) 또는 전극들(75-8) 중 어느 하나는 별개의 열 판독 배선 대신 공통 열 판독 배선에 접속될 수 있다. 추가 양태들에서, 열 판독 배선의 일부는 레이아웃을 단순화하기 위해 결합될 수 있다.
도 24의 예시에서의 열 1의 간섭성 검출 유닛들(700-1 및 700-4)의 경우, 광검출기들(74-1)의 전극들(75-1)은 열 판독 배선(82-1)에 접속되고, 광검출기들(74-2)의 전극들(75-3)은 열 판독 배선(83-1)에 접속되고, 광검출기들(74-3)의 전극들(75-5)은 열 판독 배선(88-1)에 접속되고, 광검출기들(74-4)의 전극들(75-7)은 열 판독 배선(89-1)에 접속되고, 광검출기들(74-1)의 전극들(75-2)과 광검출기들(74-2)의 전극들(75-4)은 공통 열 판독 배선(84-1)에 접속되고, 광검출기들(74-3)의 전극들(75-6) 및 광검출기들(74-4)의 전극들(75-8)은 공통 열 판독 배선(87-1)에 접속된다.
유사하게, 열 2의 간섭성 검출 유닛들(700-2 및 700-5)의 경우, 광검출기들(74-1)의 전극들(75-1)은 열 판독 배선(82-2)에 접속되고, 광검출기들(74-2)의 전극들(75-3)은 열 판독 배선(83-2)에 접속되고, 광검출기들(74-3)의 전극들(75-5)은 열 판독 배선(88-2)에 접속되고, 광검출기들(74-4)의 전극들(75-7)은 열 판독 배선(89-2)에 접속되고, 광검출기들(74-1)의 전극들(75-2)과 광검출기들(74-2)의 전극들(75-4)은 공통 열 판독 배선(84-2)에 접속되고, 광검출기들(74-3)의 전극들(75-6) 및 광검출기들(74-4)의 전극들(75-8)은 공통 열 판독 배선(87-2)에 접속된다.
유사하게, 열 3의 간섭성 검출 유닛들(700-3 및 700-6)의 경우, 광검출기들(74-1)의 전극들(75-1)은 열 판독 배선(82-3)에 접속되고, 광검출기들(74-2)의 전극들(75-3)은 열 판독 배선(83-3)에 접속되고, 광검출기들(74-3)의 전극들(75-5)은 열 판독 배선(88-3)에 접속되고, 광검출기들(74-4)의 전극들(75-7)은 열 판독 배선(89-3)에 접속되고, 광검출기들(74-1)의 전극들(75-2)과 광검출기들(74-2)의 전극들(75-4)은 공통 열 판독 배선(84-3)에 접속되고, 광검출기들(74-3)의 전극들(75-6) 및 광검출기들(74-4)의 전극들(75-8)은 공통 열 판독 배선(87-3)에 접속된다.
도 2와 유사하게, 도 24의 패드들(Pa)은 주변 판독 회로들에 접속될 수 있는 열 판독 배선들의 출력 단자들이다.
제8 바람직한 실시예의 제1 수정된 예
도 25는 간섭성 검출 어레이(810)의 평면도를 나타낸다. 간섭성 검출 어레이(810)는 도 24에 나타낸 실시예에 따른 간섭성 검출 어레이(800)의 수정된 예이다. 간섭성 검출 어레이(800)와 유사하게, 간섭성 검출 어레이(810)는 도 22에 나타낸 실시예에 따른 간섭성 검출 유닛(700)의 복수의 유닛을 포함하도록 구성될 수 있다. 간섭성 검출 어레이(810)의 각각의 행은 도파관들(73-1)(도 22 참조)을 이용하여 일련의 간섭성 검출 유닛(700)을 연결함으로써 구성될 수 있다. 간섭성 검출 유닛들(700)의 복수의 행은 검출 어레이를 형성하기 위해 전기 전도성 경로들에 의해 직렬로 연결될 수 있다. 한 예로서, 도 25에 나타낸 간섭성 검출 어레이(810)의 실시예는, 모두가 2행 3열의 포멧으로 배열된 간섭성 검출 유닛(700)인, 6개의 간섭성 검출 유닛(700-1, 700-2, 700-3, 700-4, 700-5 및 700-6)을 포함한다.
간섭성 검출 어레이(800)와 유사하게, 본 바람직한 실시예에 따른 간섭성 검출 어레이(810)는, 각각의 열의 간섭성 검출 유닛들에 대해, 광검출기들(74-1)의 전극들(75-1) 또는 전극들(75-2) 중 어느 하나는 열 판독 배선에 접속될 수 있고, 광검출기들(74-2)의 전극들(75-3) 또는 전극들(75-4) 중 어느 하나는 열 판독 배선에 접속될 수 있고, 광검출기들(74-3)의 전극들(75-5) 또는 전극들(75-6) 중 어느 하나는 열 판독 배선에 접속될 수 있고, 광검출기들(74-4)의 전극들(75-7) 또는 전극들(75-8) 중 어느 하나는 열 판독 배선에 접속될 수 있는 방식으로 구성될 수 있다.
간섭성 검출 어레이(800)와는 달리, 본 바람직한 실시예에 따른 간섭성 검출 어레이(810)는, 간섭성 검출 유닛들의 광검출기들의 다른 전극들이, 열 판독 배선들에 의해 상이한 행들을 가로지르는 대신에, 행 인코딩 배선들에 의해 상이한 열들을 가로질러 접속될 수 있도록 하는 방식으로 구성될 수 있다. 일부 양태에서, 간섭성 검출 어레이(810)의 각각의 행의 간섭성 검출 유닛들(700)의 경우, 광검출기들(74-1)의 전극들(75-1) 또는 전극들(75-2) 중 어느 하나는 행 인코딩 배선에 접속될 수 있고, 광검출기들(74-2)의 전극들(75-3) 또는 전극들(75-4) 중 어느 하나는 행 인코딩 배선에 접속될 수 있고, 광검출기들(74-3)의 전극들(75-5) 또는 전극들(75-6) 중 어느 하나는 행 인코딩 배선에 접속될 수 있고, 광검출기들(74-4)의 전극들(75-7) 또는 전극들(75-8) 중 어느 하나는 행 인코딩 배선에 접속될 수 있다. 다른 양태들에서, 광검출기들(74-1)의 전극들(75-1) 또는 전극들(75-2) 중 어느 하나와 광검출기들(74-2)의 전극들(75-3) 또는 전극들(75-4) 중 어느 하나는 별개의 행 인코딩 배선 대신에 공통 행 인코딩 배선에 접속될 수 있고, 광검출기들(74-3)의 전극들(75-5) 또는 전극들(75-6) 중 어느 하나와 광검출기들(74-4)의 전극들(75-7) 또는 전극들(75-8) 중 어느 하나는 별개의 행 인코딩 배선 대신에 공통 행 인코딩 배선에 접속될 수 있다. 추가 양태들에서, 레이아웃을 단순화하기 위해, 행 인코딩 배선들의 일부가 결합될 수 있거나, 및/또는 열 판독 배선들의 일부가 결합될 수 있다.
도 25에 나타낸 간섭성 검출 어레이(810)를 참조한다. 한편, 열 1의 간섭성 검출 유닛들(700-1 및 700-4)의 경우, 광검출기들(74-1)의 전극들(75-1)은 열 판독 배선(82-1)에 접속되고, 광검출기들(74-2)의 전극들(75-3)은 열 판독 배선(83-1)에 접속되고, 광검출기들(74-3)의 전극들(75-5)은 열 판독 배선(88-1)에 접속되고, 광검출기들(74-4)의 전극들(75-7)은 열 판독 배선(89-1)에 접속된다.
유사하게, 열 2의 간섭성 검출 유닛들(700-2 및 700-5)의 경우, 광검출기들(74-1)의 전극들(75-1)은 열 판독 배선(82-2)에 접속되고, 광검출기들(74-2)의 전극들(75-3)에 열 판독 배선(83-2)에 접속되고, 광검출기들(74-3)의 전극들(75-5)은 열 판독 배선(88-2)에 접속되고, 광검출기들(74-4)의 전극들(75-7)은 열 판독 배선(89-2)에 접속된다.
유사하게, 열 3의 간섭성 검출 유닛들(700-3 및 700-6)의 경우, 광검출기들(74-1)의 전극들(75-1)은 열 판독 배선(82-3)에 접속되고, 광검출기들(74-2)의 전극들(75-3)은 열 판독 배선(83-3)에 접속되고, 광검출기들(74-3)의 전극들(75-5)은 열 판독 배선(88-3)에 접속되고, 광검출기들(74-4)의 전극들(75-7)은 열 판독 배선(89-3)에 접속된다.
한편, 행 1의 간섭성 검출 유닛들(700-1, 700-2, 및 700-3)의 경우, 광검출기들(74-1)의 전극들(75-2)과 광검출기들(74-2)의 전극들(75-4)은 공통 행 인코딩 배선(811-1)에 접속되고, 광검출기들(74-3)의 전극들(75-6)과 광검출기들(74-4)의 전극들(75-8)은 공통 행 인코딩 배선(812-1)에 접속된다.
유사하게, 행 2의 간섭성 검출 유닛들(700-4, 700-5 및 700-6)의 경우, 광검출기들(74-1)의 전극들(75-2) 및 광검출기들(74-2)의 전극들(75-4)은 공통 행 인코딩 배선(811-2)에 접속되고, 광검출기들(74-3)의 전극들(75-6) 및 광검출기들(74-4)의 전극들(75-8)은 공통 행 인코딩 배선(812-2)에 접속된다.
도 25의 패드들(Pa)은 주변 전기적 회로들에 접속될 수 있는 열 판독 배선들 및 행 인코딩 배선들의 단자들이다.
제8 바람직한 실시예의 제2 수정된 예
도 26은 간섭성 검출 어레이(820)의 평면도를 나타낸다. 간섭성 검출 어레이(820)는 도 24에 나타낸 실시예에 따른 간섭성 검출 어레이(800)의 또 다른 수정된 예이다.
도 26에 나타낸 간섭성 검출 어레이(820)는, 간섭성 검출 어레이(800)에 이용되는 간섭성 검출 유닛(700) 대신에, 검출 어레이의 구축 블록으로서 도 23에 나타낸 실시예에 따른 간섭성 검출 유닛(710)을 채용한다는 본질적인 차이점을 제외하고는, 도 24에 나타낸 간섭성 검출 어레이(800)와 유사하다. 직선 구성의 일부 양태에서, 간섭성 검출 어레이는
Figure pct00149
개의 간섭성 검출 유닛을 갖는
Figure pct00150
개의 행 및
Figure pct00151
개의 열로 구성될 수 있다. 한 예로서, 도 26에 나타낸 간섭성 검출 어레이(820)의 실시예는, 모두가 2행 3열의 포멧으로 배열된 간섭성 검출 유닛(710)인, 6개의 간섭성 검출 유닛(710-1, 710-2, 710-3, 710-4, 710-5 및 710-6)을 포함한다.
간섭성 검출 유닛들(710)이 채용되면,
Figure pct00152
-편광된 광 및
Figure pct00153
-편광된 광에 대한 행 인코딩 도파관들은 하나로 결합되고,
Figure pct00154
인 동일한 국부 발진기 광
Figure pct00155
이 2개의 편광에 대해 이용될 수 있고, 여기서,
Figure pct00156
는 행의 수이다.
도 26에 나타낸 간섭성 검출 어레이(820)의 경우, LO 광
Figure pct00157
은 행 1의 행 인코딩 도파관(81-1)에 도입되고 LO 광
Figure pct00158
은 행 2의 행 인코딩 도파관(81-3)에 도입된다.
제8 바람직한 실시예의 제3 수정된 예
도 27은 간섭성 검출 어레이(830)의 평면도를 나타낸다. 간섭성 검출 어레이(830)는 도 24에 나타낸 실시예에 따른 간섭성 검출 어레이(800)의 또 다른 수정된 예이다.
간섭성 검출 어레이(830)는, 도 25의 간섭성 검출 어레이(810) 및 도 26의 간섭성 검출 어레이(820)에 따른 간섭성 검출 어레이(800)에 대한 수정들을 결합한다. 간섭성 검출 어레이(830)는, 이하의 설명과 연계하여 도 25 및 도 26에 나타낸 실시예들에 따른 간섭성 검출 어레이들(810 및 820)을 참조하여 이해될 수 있다.
한편, 간섭성 검출 어레이(820)와 유사하게, 간섭성 검출 어레이(830)는, 간섭성 검출 어레이들(800 및 810)에 이용된 간섭성 검출 유닛(700) 대신에, 검출 어레이의 구축 블록으로서 도 23에 나타낸 실시예에 따른 간섭성 검출 유닛들(710)을 채용한다.
간섭성 검출 유닛들(710)이 채용되면,
Figure pct00159
-편광된 광 및
Figure pct00160
-편광된 광에 대한 행 인코딩 도파관들은 하나로 결합되고,
Figure pct00161
인 동일한 국부 발진기 광
Figure pct00162
이 2개의 편광에 대해 이용될 수 있고, 여기서,
Figure pct00163
는 행의 수이다.
도 27에 나타낸 간섭성 검출 어레이(830)의 경우, LO 광
Figure pct00164
은 행 1의 행 인코딩 도파관(81-1)에 도입되고 LO 광
Figure pct00165
은 행 2의 행 인코딩 도파관(81-3)에 도입된다.
한편, 간섭성 검출 어레이(810)와 유사하게, 간섭성 검출 어레이(830)는, 검출 어레이의 각각의 열의 간섭성 검출 유닛들(710)에 대해, 광검출기들(74-1)의 전극들(75-1) 또는 전극들(75-2) 중 어느 하나는 열 판독 배선에 접속될 수 있고, 광검출기들(74-2)의 전극들(75-3) 또는 전극들(75-4) 중 어느 하나는 열 판독 배선에 접속될 수 있고, 광검출기들(74-3)의 전극들(75-5) 또는 전극들(75-6) 중 어느 하나는 열 판독 배선에 접속될 수 있고, 광검출기들(74-4)의 전극들(75-7) 또는 전극들(75-8) 중 어느 하나는 열 판독 배선에 접속될 수 있는 반면, 검출 어레이의 각각의 행에 있는 간섭성 검출 유닛들(710)의 광검출기들(74-1, 74-2, 74-3 및 74-4)의 다른 전극들은 그 행의 열들을 가로질러 행 인코딩 배선들에 접속될 수 있는 방식으로 구성될 수 있다. 일부 양태들에서, 레이아웃을 단순화하기 위해, 행 인코딩 배선들의 일부가 결합될 수 있거나, 및/또는 열 판독 배선들의 일부가 결합될 수 있다.
도 27에 나타낸 간섭성 검출 어레이(830)를 참조한다. 한편, 열 1의 간섭성 검출 유닛들(710-1 및 710-4)의 경우, 광검출기들(74-1)의 전극들(75-1)은 열 판독 배선(82-1)에 접속되고, 광검출기들(74-2)의 전극들(75-3)은 열 판독 배선(83-1)에 접속되고, 광검출기들(74-3)의 전극들(75-5)은 열 판독 배선(88-1)에 접속되고, 광검출기들(74-4)의 전극들(75-7)은 열 판독 배선(89-1)에 접속된다.
유사하게, 열 2의 간섭성 검출 유닛들(710-2 및 710-5)의 경우, 광검출기들(74-1)의 전극들(75-1)은 열 판독 배선(82-2)에 접속되고, 광검출기들(74-2)의 전극들(75-3)에 열 판독 배선(83-2)에 접속되고, 광검출기들(74-3)의 전극들(75-5)은 열 판독 배선(88-2)에 접속되고, 광검출기들(74-4)의 전극들(75-7)은 열 판독 배선(89-2)에 접속된다.
유사하게, 열 3의 간섭성 검출 유닛들(710-3 및 710-6)의 경우, 광검출기들(74-1)의 전극들(75-1)은 열 판독 배선(82-3)에 접속되고, 광검출기들(74-2)의 전극들(75-3)은 열 판독 배선(83-3)에 접속되고, 광검출기들(74-3)의 전극들(75-5)은 열 판독 배선(88-3)에 접속되고, 광검출기들(74-4)의 전극들(75-7)은 열 판독 배선(89-3)에 접속된다.
한편, 행 1의 간섭성 검출 유닛들(710-1, 710-2, 및 710-3)의 경우, 광검출기들(74-1)의 전극들(75-2)과 광검출기들(74-2)의 전극들(75-4)은 공통 행 인코딩 배선(811-1)에 접속되고, 광검출기들(74-3)의 전극들(75-6)과 광검출기들(74-4)의 전극들(75-8)은 공통 행 인코딩 배선(812-1)에 접속된다.
유사하게, 행 2의 간섭성 검출 유닛들(710-4, 710-5 및 710-6)의 경우, 광검출기들(74-1)의 전극들(75-2) 및 광검출기들(74-2)의 전극들(75-4)은 공통 행 인코딩 배선(811-2)에 접속되고, 광검출기들(74-3)의 전극들(75-6) 및 광검출기들(74-4)의 전극들(75-8)은 공통 행 인코딩 배선(812-2)에 접속된다.
멀티플렉싱 방법들
본 발명에서 간섭성 검출 어레이에 적용될 수 있는 신호 멀티플렉싱 방법들이 이하에서 설명될 것이다. 일부 양태에서, 신호 멀티플렉싱 방법들은 본 발명의 간섭성 검출 어레이의 구성들의 실시예들에 적용될 수 있다. 다른 양태들에서, 신호 멀티플렉싱 방법들은 언급되지 않은 다른 검출 어레이 구성들 및 설계들에도 적용될 수 있다.
신호 멀티플렉싱 방법들은 간섭성 검출 어레이의 추가 자유도들을 활용하는 방법들을 포함한다. 이들 멀티플렉싱 방법들은 광학적 영역과 전기적 영역으로 범주화될 수 있다. 이들 방법들은, 국부 발진기에 의해 인에이블되는 방법들과 PIC 기반 검출 어레이의 컴포넌트들의 속성들 및 응답들과 관련된 방법들을 포함할 수 있다.
광학적 영역에서의 멀티플렉싱은 국부 발진기의 속성들과 검출 어레이의 광학적 도파관들의 조작을 포함할 수 있다. LO를 통한 멀티플렉싱은, 검출 어레이의 각각의 검출 유닛 또는 검출 유닛 그룹들에서 LO 광의 진폭, 주파수 및 위상을 제어함으로써 가능해질 수 있다. 생성된 광전류들은 멀티플렉싱되어 멀티플렉싱된 전기적 판독 신호들을 형성할 수 있다. 검출 유닛들의 LO의 진폭들, 주파수들 및 위상들은 또한, 시간적으로 변조되어 멀티플렉싱된 전기적 판독 신호들이 그에 따라 시간적으로 변할 수 있게 할 수 있다.
검출 어레이의 도파관들을 통한 멀티플렉싱은, 검출 어레이의 도파관의 굴절률을 전기적으로, 열적으로 또는 광학적으로 제어함으로써 가능해질 수 있다. 도파관들의 굴절률을 전기적으로 제어하는 방법들은 전기 광학(EO; electro-optic) 효과를 이용하는 방법들을 포함할 수 있다. 도파관들의 굴절률을 열적으로 제어하는 방법들은 열광학(TO; thermo-optic) 효과를 이용하는 방법들을 포함할 수 있다. 도파관들의 굴절률을 광학적으로 제어하는 방법들은 교차 위상 변조(XPM; cross-phase modulation) 등의 비선형 광학적 효과들을 이용하는 방법들을 포함할 수 있다. 일부 양태에서, 도파관의 굴절률의 조작은 국부 발진기 광을 안내하는 도파관들에 적용될 수 있다. 이것은, LO의 진폭들, 주파수들 및 위상들을 조작하는 것과 유사한 효과를 야기할 수 있다. 다른 양태들에서, 도파관의 굴절률의 조작은 신호 광을 안내하는 도파관들에 적용될 수 있다.
전기적 영역에서의 멀티플렉싱은, 광검출기들의 응답도들 등의, 간섭성 검출 어레이 내의 검출 유닛들의 컴포넌트들의 전기적 응답들 또는 속성들의 조작을 포함할 수 있다. 광검출기들의 응답도들에 기초한 멀티플렉싱은 검출 어레이의 각각의 검출 유닛 또는 검출 유닛 그룹들에서 광검출기(들)에 인가되는 전압의 진폭, 주파수 및 위상을 제어함으로써 가능해질 수 있다. 인가된 전압에 의해 응답도가 변경될 수 있는 광검출기는, 비특허문헌 [William C. Ruff, John D. Bruno, Stephen W. Kennerly, Ken Ritter, Paul H. Shen, Barry L. Stann, Michael R. Stead, Zoltan G. Sztankay, Mary S. Tobin,"Self-mixing detector candidates for an FM/cw ladar architecture," Proc. SPIE 4035, Laser Radar Technology and Applications V, (5 September 2000)]에 기술된 자체-혼합 검출기를 포함할 수 있다. 상이한 간섭성 검출 유닛들로부터의 변조된 광전류들은 멀티플렉싱되어, 멀티플렉싱된 전기적 판독 신호들을 형성할 수 있다. 검출 유닛들의 광검출기들에 인가된 전압의 진폭들, 주파수들 및 위상들은 또한 시간적으로 변조되어, 멀티플렉싱된 전기적 판독 신호들이 그에 따라 시간적으로 변할 수 있게 할 수 있다.
시분할 멀티플렉싱 방식들, 공간 분할 멀티플렉싱 방식들, LO를 이용한 멀티플렉싱 방식들, 검출 어레이의 도파관들을 활용하는 멀티플렉싱 방식들, 광검출기의 응답도를 활용하는 멀티플렉싱 방식들의 임의의 조합이 간섭성 검출 어레이에 동시에 적용될 수도 있고 동시에 적용되지 않을 수도 있다. 멀티플렉싱된 전기적 판독 신호들에 신호 후처리를 적용하여 검출 유닛들에서 측정된 신호 광에 관한 정보를 추출할 수 있다.
도 28은 간섭성 검출 어레이(91), 광학적 입력 회로(92), 전기적 멀티플렉싱 회로(93), 및 전기적 판독 회로(94)를 포함하는 간섭성 검출 장치의 개념적 셋업을 나타내며, 여기서 시분할 멀티플렉싱 방식들, 공간 분할 멀티플렉싱 방식들, LO를 이용한 멀티플렉싱 방식들, 검출 어레이의 도파관들을 활용하는 멀티플렉싱 방식들, 광검출기의 응답도를 활용하는 멀티플렉싱 방식들의 의 임의의 조합이 적용될 수 있다.
도 2, 3, 6, 7, 8, 9, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 24, 25, 26 및 27에 나타낸 본 발명의 간섭성 검출 어레이의 실시예들의 경우, 간섭성 검출 어레이의 열
Figure pct00166
에 있는 열 판독 배선들의 출력단들에서의 전류들은
Figure pct00167
에 비례하고,
여기서,
Figure pct00168
는 시간을 나타내고,
Figure pct00169
는 행
Figure pct00170
의 LO 광의 전기장이고,
Figure pct00171
는 행
Figure pct00172
과 열
Figure pct00173
의 간섭성 검출 유닛에 있는 자유 공간 대 도파관 결합기에 결합된 신호 광의 전기장이고,
Figure pct00174
는 대응하는 광검출기의 응답도이다. 인덱스들
Figure pct00175
이고
Figure pct00176
이며, 여기서
Figure pct00177
및
Figure pct00178
는 각각 간섭성 검출 어레이의 행 및 열 수를 나타낸다. 양
Figure pct00179
은 행
Figure pct00180
과 열
Figure pct00181
의 간섭성 검출 유닛에서의 신호 광과 국부 발진기 광의 평균 강도들에 비례하는 직접 성분이다. 도 2, 3, 6, 7, 8, 9, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20 및 21에 나타낸 간섭성 검출 어레이의 실시예들의 경우,
Figure pct00182
이고
Figure pct00183
인 반면, 도 24, 25, 26 및 27의 예시들의 경우
Figure pct00184
이고
Figure pct00185
이다. 도 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 24, 25, 26 및 27에 나타낸 간섭성 검출 어레이의 실시예들의 경우, 수학식(1)에서 국부 발진기 광
Figure pct00186
및 신호 광
Figure pct00187
의 전기장들은 편광에 의해 추가로 인덱싱될 수 있다. 광검출기 응답도
Figure pct00188
는 또한, 하나보다 많은 광검출기가 구현된 간섭성 검출 유닛에 대해 검출기 라벨에 의해 인덱싱될 수 있다. 광검출기 응답도
Figure pct00189
는, 간섭성 검출 어레이의 캘리브레이션들을 통해 결정될 수 있다. 존재할 수 있는 노이즈 성분은 단순화를 위해 방정식 (1)에서 무시되었다.
LO 및 광검출기 응답도의 조작에 의해 나타나는 간섭성 검출에 대해 광학적 및 전기적 영역에서의 추가적인 자유도들을 활용하는 멀티플렉싱 방법들의 실시예들이 아래에서 설명될 것이다.
국부 발진기에 의한 멀티플렉싱 방법들
이하에서, 본 발명의 간섭성 검출 어레이의 설계들을 활용하고 국부 발진기를 활용하는 멀티플렉싱 방법들의 원리들 및 실시예들이 설명된다.
일부 양태에서, 신호 판독을 위한 멀티플렉싱은 LO를 조작함으로써 실현될 수 있다. 이들 상황에서, 광검출기 응답도
Figure pct00190
는 시간에 독립적이거나 천천히 변하는 것으로 취급될 수 있다. 방정식 (1)에서 전류의 교차 성분
Figure pct00191
은 교차 성분에 비해 직접 성분이 천천히 변화하는 경우 적절한 필터에 의해 전류의 직접 성분을 억제함으로써 또는 밸런싱된 구성들이 구현될 수 있는 도 2, 3, 24, 25, 26 및 27에 나타낸 간섭성 검출 어레이의 실시예들의 경우들에 대해서는 광검출기들에 의한 광전류들 사이의 차이를 취함으로써 추출될 수 있다. 그러면, 간섭성 검출 어레이의 열
Figure pct00192
에 있는 열 판독 배선들의 출력단들에서의 전류들의 교차 성분들은
Figure pct00193
에 비례한다.
방정식 (2)는 진폭이 0이 아닌 국부 발진기 광
Figure pct00194
을 행
Figure pct00195
의 행 인코딩 도파관에 도입하는 한편 다른 행들의 국부 발진기 광을 0으로 설정함으로써, 열
Figure pct00196
에 있는 열 판독 배선들의 출력단들에서 전류들의 교차 성분들은
Figure pct00197
에 비례한다. 결과적으로, 국부 발진기 광은 간섭성 검출 어레이의 특정한 행을 선택하는데 이용될 수 있다.
일부 양태에서, 신호 멀티플렉싱을 위한 설명된 방법들은, 간섭성 검출 어레이의 행들을 하나씩 순차적으로 또는 비순차적으로 선택하도록 국부 발진기 광을 제어하여 모든 행이
Figure pct00198
개 단계들에서 판독될 수 있도록 함으로써 방정식 (2)에 비추어 구현될 수 있다. 다른 양태들에서, 멀티플렉싱은 0이 아닌 국부 발진기 광을 간섭성 검출 어레이의 행들의 서브세트들에 동시에 도입함으로써 구현될 수 있다. 추가적으로, 국부 발진기 광은 상이한 시간들에서 간섭성 검출 어레이의 행들의 상이한 서브세트들 내에 도입될 수 있다. 또한, 검출 어레이의 상이한 열들에 있는 열 판독 배선들의 출력단들에서 전기적 신호들은 외부 회로들에 출력하기 위해 기존의 일반적인 판독 방법을 이용하여 멀티플렉싱될 수 있다. 또한, 신호 광의 정보를 추출하기 위해 신호 후처리가 적용될 수 있다.
LO의 주파수 또는 진폭에 기초한 멀티플렉싱 방법들의 실시예들의 다른 2개의 예시가 이하에서 설명된다. 예시는 빠짐없이 드러낸 것은 아님을 이해해야 한다. 일부 양태에서, 국부 발진기 광의 진폭, 주파수 및 위상의 임의의 조합을 활용하기 위해 다른 멀티플렉싱 방식들이 이용될 수 있다.
국부 발진기의 주파수 오프셋들에 기초한 멀티플렉싱 방법
이하에서, 국부 발진기의 주파수를 활용하는 멀티플렉싱 방법의 한 실시예가 설명된다.
일부 양태에서, 상이한 광학적 주파수들을 갖는 국부 발진기 광이 간섭성 검출 어레이의 상이한 행들 내에 도입되어 방정식 (2)에 따라 열 판독 배선들의 전류들을 멀티플렉싱할 될 수 있다. 이와 관련하여, 방정식 (2)에서의 합에 대한 상이한 항들은 상이한 교반 주파수들을 나타낼 수 있고, 여기서 신호 처리가 적용되어 상이한 행들의 정보를 디멀티플렉싱할 수 있다.
LO의 상이한 주파수들을 이용하는 멀티플렉싱 방법을 간섭성 검출에 적용하는 것은 FMCW-LIDAR를 확장하여 동시 풀-필드 3D FMCW-LIDAR를 달성하는 것이다(비특허 문헌 [A. Dieckmann, "FMCW-LIDAR with tunable twin-guide laser diode," Electronics Letters 30, 308-309 (1994)] 참조). 스위핑 기간
Figure pct00199
동안 주파수 튜닝 범위
Figure pct00200
와 함께 중심 주파수
Figure pct00201
에서 처프된 선형 주파수를 갖는 풀-필드-조명 프로브 레이저를 이용하여 3D FMCW-LIDAR를 타겟에 적용하는 것을 예로서 취한다. 간섭성 검출 어레이에서, 행
Figure pct00202
의 국부 발진기 광
Figure pct00203
이
Figure pct00204
인
Figure pct00205
만큼
Figure pct00206
로부터 주파수 오프셋될 때, 열
Figure pct00207
의 열 판독 배선들의 출력단들에서의 FMCW 광전류들의 교차 성분들은
Figure pct00208
에 비례하고,
위상 인자
Figure pct00209
이며,
여기서,
Figure pct00210
은 타겟에 전송되고 타겟으로부터 반사되어 행
Figure pct00211
과 열
Figure pct00212
의 간섭성 검출 유닛까지 이동하는 프로브 빔의 왕복 시간이다. 위상차
Figure pct00213
는 레이저의 위상 노이즈를 포함한다. 상이한 행
Figure pct00214
으로부터의 FMCW 광전류 성분들이 별개의 주파수 대역들로 시프트되도록,
Figure pct00215
-여기서,
Figure pct00216
는 프로브 레이저의 간섭 시간(coherence time)임- 등의 그러나 이것으로 제한되지 않는, 충분히 큰 값들로 주파수 오프셋들
Figure pct00217
을 설정함으로써, 모든
Figure pct00218
에 대한 왕복 시간들
Figure pct00219
이 FMCW 광전류들의 주파수 스펙트럼으로부터 고유하게 결정될 수 있다. 결과적으로, 국부 발진기 필드들의 주파수들은, 간섭성 검출 어레이의 행들의 서브세트들을 선택하고 행들의 신호들의 정보를 디멀티플렉싱하기 위해 활용될 수 있다.
도 29a 및 도 29b는 각각 LO 주파수 오프셋들이 있거나 없는 FMCW 광전류들의 교차 성분들의 스펙트럼의 예들을 개략적으로 도시한다. 관심대상 신호들은 순전히 실수부(real)이므로, 양의 주파수들이 표시되어 있다. 도 29a는 주파수 오프셋들이 없는 스펙트럼의 경우에 대한 예를 도시하며, 이것은
Figure pct00220
인 수학식 (3)에 대응한다. 한 열에 있는 3개의 검출 유닛들(예를 들어, 열 1의 행 1, 2, 3에 있는 검출 유닛들 1, 2, 3)로부터의 신호들로 구성된 광전류의 예를 고려하자, 여기서 검출 유닛들 1과 3은 양쪽 왕복 시간들 모두가
Figure pct00221
인, 즉,
Figure pct00222
인 프로브 빔들로부터의 신호들을 검출하고, 검출 유닛 2는 왕복 시간이
Figure pct00223
인 프로브 빔으로부터의 신호를 검출한다. 예시의 목적 위해 3개의 검출 유닛에서의 신호가 동일한 진폭과 위상을 갖는다고 가정한다. 검출 유닛들 1과 3에서의 왕복 시간들이 동일하기 때문에, 검출 유닛들 1과 검출 유닛 3으로부터의 광전류들은 합산된다. 따라서, 주파수
Figure pct00224
에서의 광전류의 진폭은 도 29a에 도시된 주파수
Figure pct00225
에서의 진폭의 2배이다. 또한, 3개의 검출 유닛으로부터의 광전류들은 합산되기 때문에, 결합된 광전류로부터 그들 각각의 기여분을 구분할 방법이 없다. 도 29b는
Figure pct00226
인 주파수 오프셋들
Figure pct00227
이 검출 유닛들 1, 2 및 3에서의 LO에 각각 적용될 때 스펙트럼의 경우를 도시한다. 3개의 검출 유닛으로부터의 광전류들의 주파수들은 별개의 대역들로 분리될 수 있어서, 검출 유닛으로부터의 기여분들 뿐만 아니라, 검출 유닛들에서의 프로브 빔들의 왕복 시간 정보가 개별적으로 결정될 수 있다.
압축된 감지에 기초한 멀티플렉싱 방법
이하에서, 국부 발진기의 진폭을 활용하는 멀티플렉싱 방법의 한 실시예가 설명된다.
일부 양태에서, 간섭성 검출 어레이의 행들의 서브세트들의 선택 및 신호 후처리는 압축된 감지(CS) 방법에 기초할 수 있다(비특허 문헌 [D. L. Donoho, "Compressed sensing," IEEE Transactions on Information Theory 52, 1289 (2000)] 참조). 멀티플렉싱 방법의 원리를 설명하기 위해, 이하의 설명에서는 입사 신호 광이 연속파(CW) 신호인 것으로 간주하지만, 일반적으로 이 방법은 임의의 입사 신호 광에 적용된다.
CS 방법의 일부 구현에서, 입사 신호 광은
Figure pct00228
회 측정될 수 있고, 여기서 각각의 측정은
Figure pct00229
인 지속시간
Figure pct00230
동안 지속될 수 있다. 방정식 (2)에 따른
Figure pct00231
번째 측정에서 간섭성 검출 어레이의 열
Figure pct00232
에 있는 열 판독 배선들의 출력단들에서의 전류의 교차 성분들은
Figure pct00233
에 비례하고,
여기서,
Figure pct00234
는
Figure pct00235
번째 측정에서 행
Figure pct00236
의 행 인코딩 도파관에서의 국부 발진기 광이고,
Figure pct00237
및
Figure pct00238
는 각각
Figure pct00239
및
Figure pct00240
의 크기이고,
Figure pct00241
는 행
Figure pct00242
및 열
Figure pct00243
의 검출 유닛에서의 국부 발진기 광과의 신호 광의 교반 주파수이며,
Figure pct00244
는 대응하는 위상 시프트이다. 시간
Figure pct00245
은
Figure pct00246
번째 측정의 지속시간
Figure pct00247
내에 있다. 설명의 목적을 위해,
Figure pct00248
가 결정론적인 상황을 고려하자, 즉, 방정식 (2)의 위상 변화들은 무시된다. 푸리에 영역에서, 방정식 (4)는 행렬 형태:
Figure pct00249
로 기재될 수 있고, 여기서, 벡터
Figure pct00250
의 요소들은,
Figure pct00251
이 Fourier 영역에서 델타 함수인
Figure pct00252
이다. 여기서, 임의의 열 n에 대해,
Figure pct00253
는 길이가 K인 벡터이고,
Figure pct00254
는 길이가 M인 벡터이고,
Figure pct00255
는 크기
Figure pct00256
인 행렬이다. 따라서,
Figure pct00257
로 표시되는, 상수들
Figure pct00258
와 함께 국부 발진기 광은, CS에서 감지 행렬의 역할을 한다. 미지의 신호 벡터
Figure pct00259
가 CS 이론에 따라 드문드문한 경우, 이것은 신호 재구성 알고리즘을 통해 효율적으로 복원될 수 있다.
광검출기에 의한 멀티플렉싱 방법들
이하에서, 본 발명의 간섭성 검출 어레이의 설계들을 활용하고 광검출기의 속성들을 활용하는 멀티플렉싱 방법들의 원리들 및 한 실시예가 설명된다.
일부 양태에서, 광검출기의 속성들의 조작을 통한 멀티플렉싱은, 도 3, 7, 9, 15, 17, 19, 21, 25 및 27에 나타낸 간섭성 검출 어레이들의 실시예들에서 수행될 수 있으며, 여기서 행 인코딩 배선들이 구현된다. 이들 상황에서, 광검출기의 응답도는, 응답도의 시간적 의존성이 간섭성 검출 어레이의 검출 유닛들의 한 행에 걸쳐 동일하고 인자
Figure pct00260
가 상이한 검출 유닛들의 상이한 광검출기들 사이의 응답도들의 변동들을 감안하도록 형태
Figure pct00261
으로 기재될 수 있다. 함수
Figure pct00262
은 검출 어레이의 행
Figure pct00263
에 있는 광검출기들에 인가 되는 전압을 변경함으로써 시간적으로 제어될 수 있다. 방정식 (1)에 따르면, 간섭성 검출 어레이의 열
Figure pct00264
에 있는 열 판독 배선들의 출력단들에서의 전류들은 다음과 같이 기재될 수 있다
Figure pct00265
방정식 (5)에 따르면, 시분할 멀티플렉싱 방법들은 0이 아닌 값을
Figure pct00266
로 설정하고 다른 행을 스위치 오프함으로써 행
Figure pct00267
의 광검출기 출력을 선택하도록 구현될 수 있다.
일부 양태에서, 함수
Figure pct00268
은, 방정식 (3)에 나타낸 국부 발진기의 주파수 오프셋들에 기초한 멀티플렉싱 방법과 유사한 방식으로, 출력 신호를 멀티플렉싱하는 주파수 오프셋들을 제공하는데 이용될 수 있다. 한 예시로서, 국부 발진기 주파수 오프셋들이 0으로 설정되고 응답도들이 형태
Figure pct00269
를 취하는 동시 풀-필드 3D FMCW-LIDAR에서의 응응을 고려해 보자. 방정식 (5)는 다음과 같이 쓸 수 있다
Figure pct00270
여기서, 기저대역 전류는 다음과 같이 주어지고
Figure pct00271
대역 시프트된 전류는 다음과 같이 주어진다
Figure pct00272
한편, 방정식 (7)의 기저대역 전류는 광검출기들의 응답도들의 시간적 변조들을 통한 멀티플렉싱의 영향을 받지 않는 신호 성분에 대응한다.
반면, 방정식 (3)으로 표현되는 상황과 유사하게, 검출 어레이의 상이한 행들에서의 방정식 (8)에 따른 대역 시프트된 전류의 동 전류의 피가수(summand)들은 광검출기 응답도들의 변조 주파수들
Figure pct00273
에 의해 시프트된다. 변조 주파수들
Figure pct00274
이 충분히 클 때, 상이한
Figure pct00275
을 갖는 거리 정보
Figure pct00276
를 포함하는 FMCW 광전류 성분들은 별개의 주파수 대역들로 시프트될 수 있다. 결과적으로, 광검출기 응답도에 적용된 주파수 변조는, LO 주파수 오프셋들에 의한 멀티플렉싱 방법과 유사한 방식으로, 간섭성 검출 어레이의 행들의 서브세트들을 선택하고 행들의 신호들의 정보를 디멀티플렉싱하는데 활용될 수 있다.
방정식 (3)으로 표현되는 상황과는 달리, 대역 시프트된 전류의 거리 정보는
Figure pct00277
에 중심을 둔 시프트된 평균 전력항
Figure pct00278
을 중심으로 2개의 측파대(sideband)로서 나타날 수 있다. 따라서, 이러한 정보를 추출하기 위해서는, 더 정교한 신호 후처리가 필요할 수 있다.
도 30a 내지 도 30c는 광검출기 응답들이 사인파형으로 변조될 때 FMCW 광전류들의 스펙트럼의 예들을 개략적으로 도시한다. 도 29a 및 도 29b의 경우와 동일한 조건들 및 파라미터들이 고려된다. 관심대상 신호들은 순전히 실수부이므로 양의 주파수들만이 도시된다. 도 30a는 변조가 없는 스펙트럼의 경우에 대한 예를 도시하며, 이것은
Figure pct00279
인 수학식 6에 대응한다. 도 30a는 평균 전력
Figure pct00280
에 대응하는 직접 성분이 존재하는 것을 제외하고는 도 29a와 동일하다. 도 30b는
Figure pct00281
인 주파수들
Figure pct00282
에서의 사인파 변조들이 각각 검출 유닛들 1, 2 및 3에서의 광검출기에 적용될 때 스펙트럼의 경우를 도시한다. 3개의 검출 유닛들로부터의 광전류들의 주파수들은 도 29b보다 더 복잡한 패턴들을 나타내지만 별개의 대역들로 분리된다. 도 30c는, 밸런싱된 구성들이 구현될 수 있는 도 2, 3, 24, 25, 26 및 27에 나타낸 간섭성 검출 어레이의 실시예들의 경우들에 대해 광검출기들에 의한 광전류들 간의 차이를 취함으로써 방정식 (5), (7) 및 (8)의 평균 전력
Figure pct00283
을 포함하는 항들이 억제될 수 있는 상황을 도시한다.
참조 문헌들
기타의 간행물들
Firooz Aflatouni, Behrooz Abiri, Angad Rekhi, and Ali Hajimiri, "Nanophotonic coherent imager," Optics Express 23, 5117-5125 (2015).
William C. Ruff, John D. Bruno, Stephen W. Kennerly, Ken Ritter, Paul H. Shen, Barry L. Stann, Michael R. Stead, Zoltan G. Sztankay, Mary S. Tobin, "Self-mixing detector candidates for an FM/cw ladar architecture," Proc. SPIE 4035, Laser Radar Technology and Applications V, (5 September 2000).
A. Dieckmann, "FMCW-LIDAR with tunable twin-guide laser diode," Electronics Letters 30, 308-309 (1994).
D. L. Donoho, "Compressed sensing," IEEE Transactions on Information Theory 52, 1289 (2000).

Claims (22)

  1. 간섭성 검출 장치로서,
    간섭성 검출 유닛들의 어레이, ―각각의 간섭성 검출 유닛은,
    신호 광을 수신하기 위한 자유 공간-도파관 결합기;
    국부 발진기 광을 안내하기 위한 제1 도파관, ―상기 제1 도파관은 제1 광학적 결합기를 통해 상기 자유 공간-도파관 결합기와 광학적으로 결합됨―; 및
    상기 제1 광학적 결합기와 광학적으로 결합되고 이로부터 광자들을 수신하는 하나 이상의 광검출기를 포함함―;
    복수의 제2 광학적 결합기를 통해 상기 간섭성 검출 유닛들과 광학적으로 결합된 하나 이상의 연결 도파관, ㅡ각각의 연결 도파관은 상기 간섭성 검출 유닛들의 적어도 제1 서브세트와 광학적으로 결합되고, 상기 간섭성 검출 유닛들의 상기 제1 서브세트의 각각의 간섭성 검출 유닛은 상기 각각의 간섭성 검출 유닛의 상기 제1 도파관에 대한 상기 제2 광학적 결합기들 중 하나를 통해 상기 연결 도파관들 중 선택된 하나와 광학적으로 결합됨ㅡ;
    상기 복수의 간섭성 검출 유닛과 전기적으로 결합된 하나 이상의 전기 전도성 경로, ㅡ각각의 전기 전도성 경로는 상기 간섭성 검출 유닛들의 적어도 제2 서브세트와 전기적으로 결합되고, 상기 간섭성 검출 유닛들의 상기 제2 서브세트의 각각의 간섭성 검출 유닛은 상기 각각의 간섭성 검출 유닛의 상기 하나 이상의 광검출기를 통해 상기 전기 전도성 경로들 중 선택된 경로와 전기적으로 결합됨ㅡ; 및
    상기 전기 전도성 경로들과 전기적으로 결합된 전기적 회로
    를 포함하고,
    상기 전기 전도성 경로들은 판독 채널들이 결합되는 상기 광검출기들로부터 출력된 전기적 신호들을 멀티플렉싱하기 위한 상기 판독 채널들로서 나타나며;
    상기 전기적 회로는, 상기 판독 채널들 중 선택된 하나의 판독 채널에서의 간섭성 검출 유닛들의 그룹이 상기 판독 채널들의 상기 멀티플렉싱된 전기적 신호의 교차 성분에 주로 기여한다는 것을 인식함으로써 상기 멀티플렉싱된 전기적 신호들의 교차 성분에 관한 정보를 추출하도록 구성되고,
    상기 교차 성분은 상기 간섭성 검출 유닛들에 전송된 국부 발진기 신호들과 상기 신호 광의 전기장들의 곱과 관련된, 간섭성 검출 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 간섭성 검출 유닛들 중 적어도 일부에서의 상기 자유 공간-도파관 결합기들은 편광된 광 분리 자유 공간-도파관 결합기들이고;
    상기 편광된 광 분리 자유 공간-도파관 결합기들을 포함하는 상기 간섭성 검출 유닛들 각각은:
    국부 발진기 광을 안내하기 위한 제2 도파관, ―상기 제2 도파관은 제3 광학적 결합기를 통해 상기 편광된 광 분리 자유 공간-도파관 결합기와 광학적으로 결합됨―; 및
    상기 제3 광학적 결합기와 광학적으로 결합되고 이로부터 광자들을 수신하는 하나 이상의 광검출기
    를 더 포함하는, 간섭성 검출 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 편광된 광 분리 자유 공간-도파관 결합기들을 포함하는 상기 간섭성 검출 유닛들 각각에 대해, 상기 제1 도파관 및 상기 제2 도파관은 상기 제2 광학적 결합기들 중 하나 이상을 통해 상기 연결 도파관들 중 하나와 광학적으로 결합되는, 간섭성 검출 장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 편광된 광 분리 자유 공간-도파관 결합기들을 포함하는 간섭성 검출 유닛들 각각에 대해, 상기 제1 도파관은 상기 제2 광학적 결합기들 중 하나 이상을 통해 상기 연결 도파관들 중 하나와 광학적으로 결합되고, 상기 제2 도파관은 상기 제2 광학적 결합기들 중 또 다른 하나 이상을 통해 상기 연결 도파관들 중 또 다른 하나와 광학적으로 결합되는, 간섭성 검출 장치.
  5. 간섭성 검출 장치로서,
    간섭성 검출 유닛들의 어레이, ―각각의 간섭성 검출 유닛은,
    신호 광을 수신하기 위한 자유 공간-도파관 결합기;
    상기 자유 공간-도파관 결합기와 광학적으로 결합된 제1 광학적 결합기;
    및
    상기 제1 광학적 결합기와 광학적으로 결합되고 이로부터 광자들을 수신하는 하나 이상의 광검출기를 포함함―;
    상기 간섭성 검출 유닛들과 광학적으로 결합된 하나 이상의 연결 도파관, ―각각의 연결 도파관은 상기 간섭성 검출 유닛들의 적어도 제1 서브세트와 광학적으로 결합되고, 상기 간섭성 검출 유닛들의 상기 제1 서브세트의 각각의 간섭성 검출 유닛은 상기 각각의 간섭성 검출 유닛의 상기 제1 광학적 결합기와 직접 광학적으로 결합됨―;
    상기 복수의 간섭성 검출 유닛과 전기적으로 결합된 하나 이상의 전기 전도성 경로, ㅡ각각의 전기 전도성 경로는 상기 간섭성 검출 유닛들의 적어도 제2 서브세트와 전기적으로 결합되고, 상기 간섭성 검출 유닛들의 상기 제2 서브세트의 각각의 간섭성 검출 유닛은 상기 각각의 간섭성 검출 유닛의 상기 하나 이상의 광검출기를 통해 상기 전기 전도성 경로들 중 선택된 경로와 전기적으로 결합됨ㅡ; 및
    상기 전기 전도성 경로들과 전기적으로 결합된 전기적 회로
    를 포함하고,
    상기 전기 전도성 경로들은 판독 채널들이 결합되는 상기 광검출기들로부터 출력된 전기적 신호들을 멀티플렉싱하기 위한 상기 판독 채널들로서 나타나며,
    상기 전기적 회로는, 상기 판독 채널들 중 선택된 하나의 판독 채널에서의 간섭성 검출 유닛들의 그룹이 상기 판독 채널들의 상기 멀티플렉싱된 전기적 신호의 교차 성분에 주로 기여한다는 것을 인식함으로써 상기 멀티플렉싱된 전기적 신호들의 교차 성분에 관한 정보를 추출하도록 구성되고,
    상기 교차 성분은 상기 간섭성 검출 유닛들에 전송된 국부 발진기 신호들과 상기 신호 광의 전기장들의 곱과 관련된, 간섭성 검출 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 간섭성 검출 유닛들 중 적어도 일부에서의 상기 자유 공간-도파관 결합기들은 편광된 광 분리 자유 공간-도파관 결합기들이고;
    상기 편광된 광 분리 자유 공간-도파관 결합기들을 포함하는 상기 간섭성 검출 유닛들 각각은:
    상기 편광된 광 분리 자유 공간-도파관 결합기와 광학적으로 결합된 제2 광학적 결합기; 및
    상기 제2 광학적 결합기와 광학적으로 결합되고 이로부터 광자들을 수신하는 하나 이상의 광검출기
    를 더 포함하는, 간섭성 검출 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 편광된 광 분리 자유 공간-도파관 결합기들을 포함하는 간섭성 검출 유닛들 각각에 대해, 상기 제1 광학적 결합기 및 상기 제2 광학적 결합기는 상기 연결 도파관들 중 하나와 직접 광학적으로 결합되는, 간섭성 검출 장치.
  8. 제6항에 있어서, 상기 편광된 광 분리 자유 공간-도파관 결합기들을 포함하는 간섭성 검출 유닛들 각각에 대해, 상기 제1 광학적 결합기는 상기 연결 도파관들 중 하나와 직접 광학적으로 결합되고, 상기 제2 광학적 결합기는 상기 연결 도파관들 중 또 다른 하나와 직접 광학적으로 결합되는, 간섭성 검출 장치.
  9. 제6항에 있어서,
    복수의 제3 광학적 결합기를 더 포함하고;
    상기 편광된 광 분리 자유 공간-도파관 결합기들을 포함하는 상기 간섭성 검출 유닛들 각각은:
    상기 제2 광학적 결합기와 광학적으로 결합된 도파관을 더 포함하고;
    상기 편광된 광 분리 자유 공간-도파관 결합기들을 포함하는 간섭성 검출 유닛들 각각에 대해, 상기 제1 광학적 결합기는 상기 연결 도파관들 중 하나와 직접 광학적으로 결합되고, 상기 간섭성 검출 유닛들 각각의 도파관은 상기 제3 광학적 결합기들 중 하나 이상을 통해 상기 연결 도파관들 중 동일한 하나와 광학적으로 결합되는, 간섭성 검출 장치.
  10. 제6항에 있어서,
    복수의 제3 광학적 결합기를 더 포함하고;
    상기 편광된 광 분리 자유 공간-도파관 결합기들을 포함하는 간섭성 검출 유닛들 각각은:
    상기 제2 광학적 결합기와 광학적으로 결합된 도파관을 더 포함하고;
    상기 편광된 광 분리 자유 공간-도파관 결합기들을 포함하는 간섭성 검출 유닛들 각각에 대해, 상기 제1 광학적 결합기는 상기 연결 도파관들 중 하나와 직접 광학적으로 결합되고, 상기 간섭성 검출 유닛들 각각의 도파관은 상기 제3 광학적 결합기들 중 하나 이상을 통해 상기 연결 도파관들 중 또 다른 하나와 광학적으로 결합되는, 간섭성 검출 장치.
  11. 간섭성 검출 디바이스를 이용한 광학적 간섭성 검출 및 신호 판독을 위한 방법으로서,
    상기 간섭성 검출 디바이스의 간섭성 검출 유닛들의 제1 서브세트와 신호 광을 결합하는 단계;
    하나 이상의 국부 발진기 신호를 상기 간섭성 검출 유닛들의 제2 서브세트에 도입하는 단계, ―상기 제2 서브세트의 간섭성 검출 유닛들은 국부 발진기 신호들을 전송하기 위한 제1 공통 연결 도파관과 광학적으로 결합되고, 상기 제2 서브세트의 각각의 간섭성 검출 유닛은 상이한 판독 채널에 전기적으로 결합되고, 상기 제1 서브세트는 상기 제2 서브세트와 중첩하여 상기 간섭성 검출 유닛들 중 적어도 하나를 포함하는 제1 교차 세트를 정의함―;
    상기 제2 서브세트에 관련된 제1 정보를 상기 간섭성 검출 디바이스에 등록하는 단계, ―상기 제1 정보는 상기 제2 서브세트의 상기 간섭성 검출 유닛들의 위치들 및 상기 제2 서브세트 내에 도입된 상기 국부 발진기 신호들의 물리적 속성들을 포함하고, 상기 물리적 속성들은, 상기 국부 발진기 신호들의 진폭들, 주파수들, 상대적 위상들, 적용 시간들 및 지속시간들 중 적어도 하나를 포함함―;
    상기 간섭성 검출 유닛들의 광학적 결합기들에서 상기 신호 광과 상기 국부 발진기 신호들의 광학적 혼합을 수행하는 단계;
    상기 간섭성 검출 유닛들의 광검출기들에 의해 상기 간섭성 검출 유닛들의 상기 광학적 결합기들로부터 출력된 혼합된 광학 신호들을 검출하여 상기 혼합된 광학 신호들의 정보를 포함하는 전기적 신호들을 생성하는 단계;
    상기 전기적 신호들을 판독을 위해 하나 이상의 결합된 전기적 신호로 결합하는 단계, ―상기 결합된 전기적 신호들 각각은 공통 판독 채널과 결합된 상기 간섭성 검출 유닛들의 광검출기들에 의해 생성된 전기적 신호들로부터 결합됨―; 및
    상기 제1 교차 세트의 각각의 간섭성 검출 유닛에 대해, 상기 제2 서브세트에 관련된 상기 제1 정보를 이용하여 상기 제2 정보를 인식함으로써 상기 결합된 전기적 신호들로부터 상기 각각의 간섭성 검출 유닛의 전기적 신호의 교차 성분에 관련된 제2 정보를 별도로 추출하는 단계
    를 포함하고,
    상기 교차 성분은 신호 광의 전기장들과 상기 각각의 간섭성 검출 유닛 내로 전송된 국부 발진기 신호들의 곱과 관련되며,
    상기 제2 정보를 인식하는 단계는, 상기 제2 서브세트의 단 하나의 간섭성 검출 유닛이 상기 공통 판독 채널의 결합된 전기적 신호의 교차 성분에 주로 기여한다는 것을 인식하는 단계를 포함하는, 방법.
  12. 제11항에 있어서, 고역 통과 필터링을 이용하여 상기 간섭성 검출 유닛들의 광검출기들에 의해 생성된 전기적 신호들의 직접 성분들을 필터링하는 단계를 더 포함하는 방법.
  13. 제11항에 있어서, 상기 간섭성 검출 유닛들 중 적어도 일부에서의 광검출기 쌍들로부터의 신호들을 차감함으로써 상기 간섭성 검출 유닛들의 광검출기들에 의해 생성된 전기적 신호들의 직접 성분들을 필터링하는 단계를 더 포함하고, 상기 간섭성 검출 유닛들 각각에 대해 밸런싱된 구성이 구현되는, 방법.
  14. 삭제
  15. 제11항에 있어서, 상기 국부 발진기 신호들을 상기 제2 서브세트 내에 도입하는 단계, 상기 제1 정보를 등록하는 단계, 상기 광학적 혼합을 수행하는 단계, 상기 혼합된 광학적 신호들을 검출하는 단계, 상기 전기적 신호들을 결합하는 단계, 및 상기 제2 정보를 추출하는 단계를 수회 반복하는 단계를 더 포함하고, 각각의 반복에서 상기 제2 서브세트는 제2 공통 연결 도파관과 광학적으로 결합된 간섭성 검출 유닛들을 포함하도록 변경되고, 상기 제2 공통 연결 도파관은 상기 제1 공통 연결 도파관과는 상이한, 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 반복하는 단계 내에서, 상기 제1 서브세트와 상기 제2 서브세트의 상기 교차 세트가 적어도 하나의 간섭성 검출 유닛을 포함하도록 간섭성 검출 유닛들을 포함하게끔 상기 제1 서브세트를 변경하는 단계를 더 포함하는 방법.
  17. 제11항에 있어서,
    하나 이상의 국부 발진기 신호를 상기 간섭성 검출 유닛들의 제3 서브세트들의 그룹에 도입하는 단계, ―각각의 상기 제3 서브세트의 간섭성 검출 유닛들은 공통 연결 도파관과 광학적으로 결합되고 각각의 상기 제3 서브세트 내의 각각의 간섭성 검출 유닛은 상이한 판독 채널에 전기적으로 결합되고, 상기 제2 서브세트는 상기 제3 서브세트들 중 하나이고 제2 교차 세트는 상기 제3 서브세트들의 합집합과 중첩하는 상기 제1 서브세트에 의해 정의됨―;
    상기 제3 서브세트들에 관련된 제3 정보를 상기 간섭성 검출 디바이스에 등록하는 단계, ―상기 제3 정보는 상기 제3 서브세트들 내의 간섭성 검출 유닛들의 위치들 및 상기 제3 서브세트들 내에 도입된 상기 국부 발진기 신호들의 물리적 속성들을 포함하고, 상기 물리적 속성들은 상기 국부 발진기 신호들의 진폭들, 주파수들, 상대적 위상들, 및 적용 시간들 및 지속시간들 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 제3 정보는 상기 제1 정보를 포함함―;
    상기 간섭성 검출 유닛들을 복수의 공통 판독 채널과 결합하는 단계, ―각각의 상기 공통 판독 채널은 상기 제3 서브세트들 각각으로부터의 하나보다 많지 않은 간섭성 검출 유닛과 전기적으로 결합됨―; 및
    상기 국부 발진기 신호들을 상기 제3 서브세트들 내에 도입하는 단계, 상기 제3 정보를 등록하는 단계, 상기 광학적 혼합을 수행하는 단계, 상기 광학적 신호들을 검출하는 단계, 및 상기 전기적 신호들을 결합하는 단계를 수회 반복하는 단계, ―각각의 반복에서, 상기 제3 서브세트들의 그룹은, 압축된 감지 방법을 적용하기 위한 조건들이 충족되는 방식으로, 공통 연결 도파관들과 광학적으로 결합된 상기 간섭성 검출 유닛들의 상이한 조합들을 포함하는 상기 제3 서브세트들의 상이한 그룹으로 변경됨―
    를 더 포함하고,
    상기 국부 발진기 신호들을 상기 제3 서브세트들의 상기 그룹 내에 도입하는 상기 단계는 일부 공통 물리적 속성들을 나타내는 상기 국부 발진기 신호들을 상기 제3 서브세트들의 상기 그룹 내에 도입하는 단계를 포함하고, 상기 공통 물리적 속성들은 동일한 주파수 및 동일한 분포를 따르는 진폭들 중 적어도 하나를 포함하며;
    상기 반복하는 단계는 상기 결합된 전기적 신호들을 기록하는 단계를 더 포함하고;
    상기 제1 교차 세트 및 상기 제2 교차 세트에 대한 상기 제2 정보를 추출하는 상기 단계는 상기 제3 정보를 추가로 통합함으로써 및 상기 압축된 감지 방법에 대응하는 신호 재구성 알고리즘을 적용함으로써 실행되며, 상기 제2 정보를 인식하는 단계는, 상기 제3 서브세트들 각각 내의 하나보다 많지 않은 간섭성 검출 유닛이 상기 공통 판독 채널들 각각의 결합된 전기적 신호들의 교차 성분에 주로 기여한다는 것을 인식하는 단계를 포함하는, 방법.
  18. 제11항에 있어서,
    하나 이상의 국부 발진기 신호를 상기 간섭성 검출 유닛들의 제3 서브세트들의 그룹에 도입하는 단계, ―각각의 상기 제3 서브세트의 간섭성 검출 유닛들은 공통 연결 도파관과 광학적으로 결합되고 각각의 상기 제3 서브세트 내의 각각의 간섭성 검출 유닛은 상이한 판독 채널에 전기적으로 결합되고, 상기 제2 서브세트는 상기 제3 서브세트들 중 하나이고 제2 교차 세트는 상기 제3 서브세트들의 합집합과 중첩하는 상기 제1 서브세트에 의해 정의됨―;
    상기 제3 서브세트들에 관련된 제3 정보를 상기 간섭성 검출 디바이스에 등록하는 단계, ―상기 제3 정보는 상기 제3 서브세트들 내의 간섭성 검출 유닛들의 위치들 및 상기 제3 서브세트들 내에 도입된 상기 국부 발진기 신호들의 물리적 속성들을 포함하고, 상기 물리적 속성들은 상기 국부 발진기 신호들의 진폭들, 주파수들, 상대적 위상들, 및 적용 시간들 및 지속시간들 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 제3 정보는 상기 제1 정보를 포함함―; 및
    상기 간섭성 검출 유닛들을 복수의 공통 판독 채널과 결합하는 단계 ―각각의 상기 공통 판독 채널은 상기 제3 서브세트들 각각으로부터의 하나보다 많지 않은 간섭성 검출 유닛과 전기적으로 결합됨―
    를 더 포함하고,
    상기 그룹은 적어도 2개의 상기 제3 서브세트를 포함하고;
    상기 국부 발진기 신호들을 상기 제3 서브세트들 내에 도입하는 상기 단계는 유한 주파수 오프셋들만큼 서로 상이한 주파수들을 갖는 상기 국부 발진기 신호들을 상기 제3 서브세트들 내에 도입하는 단계를 포함하고,
    상기 국부 발진기 신호들 중 하나는 상기 제3 서브세트들 중 하나 내에 도입되고, 상기 제3 서브세트들 중 상이한 것들에는 상이한 주파수 오프셋들을 갖는 국부 발진기 신호들이 도입되며, 상기 주파수 오프셋들은, 상기 제3 서브세트들 중 상이한 것들에 속하는 간섭성 검출 유닛들에 대해, 이들 간섭성 검출 유닛들의 광검출기들에 의해 생성된 전기적 신호들이 별개의 주파수 대역들로 시프트되어야 하는 방식으로 선택되며;
    상기 제1 교차 세트 및 상기 제2 교차 세트에 대한 상기 제2 정보를 추출하는 상기 단계는, 상기 제3 정보를 추가로 통합함으로써 및 상기 제3 서브세트들 각각 내의 하나보다 많지 않은 간섭성 검출 유닛이 상기 공통 판독 채널들 각각의 결합된 전기적 신호들의 교차 성분에 주로 기여한다는 것을 인식함으로써 실행되는, 방법.
  19. 제11항에 있어서,
    하나 이상의 국부 발진기 신호를 상기 간섭성 검출 유닛들의 제3 서브세트들의 그룹에 도입하는 단계, ―각각의 상기 제3 서브세트의 간섭성 검출 유닛들은 공통 연결 도파관과 광학적으로 결합되고 각각의 상기 제3 서브세트 내의 각각의 간섭성 검출 유닛은 상이한 판독 채널에 전기적으로 결합되고, 상기 제2 서브세트는 상기 제3 서브세트들 중 하나이고 제2 교차 세트는 상기 제3 서브세트들의 합집합과 중첩하는 상기 제1 서브세트에 의해 정의됨―;
    상기 제3 서브세트들에 관련된 제3 정보를 상기 간섭성 검출 디바이스에 등록하는 단계, ―상기 제3 정보는 상기 제3 서브세트들 내의 간섭성 검출 유닛들의 위치들 및 상기 제3 서브세트들 내에 도입된 상기 국부 발진기 신호들의 물리적 속성들을 포함하고, 상기 물리적 속성들은 상기 국부 발진기 신호들의 진폭들, 주파수들, 상대적 위상들, 및 적용 시간들 및 지속시간들 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 제3 정보는 상기 제1 정보를 포함함―;
    상기 간섭성 검출 유닛들을 복수의 공통 판독 채널과 결합하는 단계, ―각각의 상기 공통 판독 채널은 상기 제3 서브세트들 각각으로부터의 하나보다 많지 않은 간섭성 검출 유닛과 전기적으로 결합됨―;
    상기 간섭성 검출 유닛들의 제4 서브세트의 위치들에 관련된 제4 정보를 등록하는 단계, ―상기 제4 서브세트는 상기 간섭성 검출 유닛들의 적어도 일부를 포함하고, 상기 제1 서브세트, 상기 제3 서브세트들, 및 상기 제4 서브세트는 적어도 공통 간섭성 검출 유닛을 포함함―;
    전기적 멀티플렉싱 회로에 의해 상기 제4 서브세트의 광검출기들을 스위칭 온하는 단계; 및
    상기 전기적 멀티플렉싱 회로에 의해 상기 제4 서브세트에 포함되지 않은 상기 간섭성 검출 유닛들의 광검출기들을 스위칭 오프하는 단계
    를 더 포함하고,
    상기 제2 정보를 추출하는 상기 단계는, 상기 제3 및 상기 제4 정보를 추가로 통합함으로써 상기 제4 서브세트에도 속하는 상기 제2 교차 세트 및 상기 제1 교차 세트의 간섭성 검출 유닛들에 대해 실행되는, 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 제4 서브세트 내의 간섭성 검출 유닛들을 복수의 그룹으로 분할하는 단계, ―각각의 그룹의 간섭성 검출 유닛들의 광검출기들의 응답도들은 상기 전기적 멀티플렉싱 회로에 의해 동일한 방식으로 변조됨―;
    상기 제4 서브세트 내의 각각의 간섭성 검출 유닛을 하나 이상의 판독 채널과 전기적으로 결합하는 단계, ―상기 판독 채널들 각각은 상기 그룹들 중 상이한 그룹들의 하나 이상의 간섭성 검출 유닛과 전기적으로 결합되고, 상기 그룹들 중 임의의 그룹으로부터의 하나보다 많은 간섭성 검출 유닛과는 결합되지 않음―; 및
    유한 주파수 오프셋들만큼 서로 상이한 주파수들을 갖는 상이한 그룹들의 간섭성 검출 유닛들의 광검출기들의 응답도들을 변조하는 단계, ―상기 주파수 오프셋들은, 공통 판독 채널과 결합하는 간섭성 검출 유닛들에 대해, 이들 간섭성 검출 유닛들의 광검출기들에 의해 생성된 전기적 신호들이 별개의 주파수 대역들로 시프트되도록 하는 방식으로 선택됨―;
    를 더 포함하고,
    상기 제2 정보를 추출하는 상기 단계는, 광검출기들이 상이한 주파수 대역들로 시프트되는 전기적 신호들을 생성하는 상기 제4 서브세트의 간섭성 검출 유닛들이 상기 판독 채널들 각각의 결합된 전기적 신호들의 교차 성분에 주로 기여한다는 것을 인식함으로써 실행되고;
    상기 제2 정보를 추출하는 상기 단계는, 변조되는 광검출기들의 응답도들에 관련된 제5 정보를 통합함으로써 실행되고, 상기 제5 정보는 상기 응답도들의 변조 주파수들 및 진폭들을 포함하는, 방법.
  21. 제1항에 있어서, 상기 간섭성 검출 유닛들의 상기 그룹이 하나보다 많은 간섭성 검출 유닛을 포함한다면, 상기 그룹의 각각의 간섭성 검출 유닛은, 각각의 상기 간섭성 검출 유닛의 기여가 상기 교차 성분으로부터 고유하게 식별되도록 허용하는 신호 피처들로 상기 교차 성분에 기여하는, 간섭성 검출 장치.
  22. 제5항에 있어서, 상기 간섭성 검출 유닛들의 상기 그룹이 하나보다 많은 간섭성 검출 유닛을 포함한다면, 상기 그룹의 각각의 간섭성 검출 유닛은, 각각의 상기 간섭성 검출 유닛의 기여가 상기 교차 성분으로부터 고유하게 식별되도록 허용하는 신호 피처들로 상기 교차 성분에 기여하는, 간섭성 검출 장치.
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