フォトニック整合フィルタ
光路は、入力光学信号を伝搬するように構成される。複数の電極は、光学信号に関して複数の離散的位相偏移を生成するように構成される。出力光学信号は、複数の離散的位相偏移の和だけ入力光学信号に対して位相偏移される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、一般に、光学デバイスに関し、排他的ではないがより具体的には、フォトニック・デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
本節は、本開示のよりよい理解を促進するのに役立つ可能性がある態様を紹介する。したがって、本節の陳述は、それに照らして読まれ、従来技術に存在するもの、または、従来技術に存在しないものに関する承認として理解されるべきではない。
【０００３】
整合フィルタは、レーダおよび電気通信を含む種々のアプリケーションで使用される。整合フィルタは、通常、既知信号またはテンプレートを未知信号に相関付けて、未知信号におけるテンプレートの存在を検出する。
【０００４】
通常、整合フィルタは、振幅整合によって動作する。しかし、振幅整合に対する固有の制限は、整合フィルタを含むシステムの性能を制限する可能性がある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
１つの態様は、光路および複数の電極を含む装置を提供する。光路は、入力光学信号を伝搬するように構成される。複数の電極は、光学信号に関して複数の離散的位相偏移を生成するように構成される。出力光学信号は、複数の離散的位相偏移の和だけ入力光学信号に対して位相偏移される。
【０００６】
別の態様は、フォトニック整合フィルタを提供する。フィルタは、第１および第２の光学任意位相波形発生器ならびに両者間の伝搬経路を含む。第１の光学任意位相波形発生器は、コヒーレント光信号を受取り、コヒーレント光信号に第１の時間位相偏移パターンを適用するように適合される。第２の光学任意位相波形発生器は、第１の光学任意位相波形発生器の出力信号を受信し、出力信号に第２の時間位相偏移パターンを適用するように構成可能である。伝搬経路は、第１の波形発生器の出力から第２の波形発生器の入力にコヒーレント光信号を伝搬させるように構成される。
【０００７】
なお別の態様は方法である。方法は、コヒーレント光学信号を受信するように光路を構成することを含む。第１の複数の電極は、コヒーレント信号に関して第１の複数の離散的位相偏移を生成するように構成される。出力光学信号は、複数の離散的位相偏移の和だけ入力光学信号に対して位相偏移される。第１の位相シーケンス発生器は、コヒーレント光学信号に関して第１の時間位相偏移パターンを生成するよう第１の複数の電極を制御するように構成される。
【０００８】
添付図面に関連して考えられる、単に例として提供される、実施形態の以下の説明がここで参照される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本開示の一般的な任意位相波形発生器（ＡＰＷＧ）を示す図である。
【図２】１６個の位相状態を生成するように構成されたＡＰＷＧの例示的な実施形態を示す図である。
【図３】ＡＰＷＧによって生成される信号の例示的な大きさおよび位相を示す図である。
【図４】本開示のＡＰＷＧの代替の実施形態を示す図である。
【図５】本開示のＡＰＷＧの代替の実施形態を示す図である。
【図６】ＡＰＷＧを利用する位相整合(matched-phase)フィルタの本開示の実施形態を示す図である。
【図７】局部発振器を有する位相整合フィルタの本開示の実施形態を示す図である。
【図８Ａ】本開示の方法を示す図である。
【図８Ｂ】本開示の方法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本開示は、整合フィルタが、従来の整合フィルタ・デバイスの制限を克服するために光学位相形成デバイスを使用して実装されることができるというユニークな認識から利益を得る。光学振幅整合フィルタは、光学振幅整合フィルタ内での信号分離に関する固有の制限による低い消光比によって制限される可能性がある。本明細書の種々の実施形態で述べる位相整合フィルタは、少なくともフィルタ性能に関する消光比制限が実質的に低減されるまたは本質的になくなる点で、従来の光学振幅整合フィルタを改善する。この低減は、とりわけ、従来の光学振幅整合フィルタの場合に比べて位相整合フィルタの高い信号対雑音比（ＳＮＲ）を可能にする。
【００１１】
最初に図１を見ると、全体が１００で指定された任意位相波形発生器（ＡＰＷＧ）の一般的な実施形態が示される。ＡＰＷＧ１００は、限定されてないが、基板１１０上に形成された平面光学導波路デバイスとして示される。ファイバ導波路などの他の形態の光学導波路を利用する実施形態は、本開示が与えられると、光学技術の専門家の能力内にある。光路１２０は、基板１１０にわたって形成され、電極１３０が、光路１２０と基板１１０との間に位置する。本明細書で総称的に電極１４０と呼ばれる電極１４０．０、１４０．１、１４０．２、…１４０．ｎは、光路１２０にわたって位置する。電極は、総称的に制御信号１５０と呼ばれる制御信号Ｖ０（ｔ）、Ｖ１（ｔ）、Ｖ２（ｔ）、…Ｖｎ（ｔ）によって制御される。基板１１０、光路１２０、電極１３０、および電極１４０はそれぞれ、従来型であるか、または、将来発見される任意のプロセスによって形成されることができる。光路は、たとえば、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）、あるいは、他の電気光学材料であって、電極１４０の１つまたは複数と電極１３０との間の電圧に応答して、他の電気光学材料を通過する光学信号に位相偏移を誘起することが可能な、他の電気光学材料を含むことができる。
【００１２】
各電極１４０は、対応する位相変調セクション１６０に関連する。そのため、たとえば、電極１４０．０は、位相変調セクション１６０．０に関連し、電極１４０．１は、位相変調セクション１６０．１に関連するなどである。各電極１４０はまた、対応する増分位相偏移φｎ（ｔ）に関連する。そのため、電極１４０．０は、位相偏移φ０（ｔ）に関連し、電極１４０．１は、位相偏移φ１（ｔ）に関連するなどである。位相偏移は、一般に、時間の関数であり、対応する電極１４０による位相偏移の変調を反映する。以降で、位相偏移φｎの時間依存性は省略され、一方、各位相偏移φｎが一般に時間の関数であることが理解される。
【００１３】
光源１７０は、入力光学信号１８０を生成するように適合される。光源１７０は、たとえば、レーザダイオードなどの可視または不可視コヒーレント光学供給原とすることができる。光源１７０は、一般に、ほぼ一定の大きさＥｃおよび周波数ωｃを有する、
【００１４】
【数１】
の信号を出力する。
【００１５】
種々の実施形態では、位相偏移φ０、φ１、φ２、…φｎは、離散的位相偏移である。位相偏移は、各電極１４０が、別の電極１４０によって生成される位相偏移と独立に電極１４０に関連する位相偏移φｎを生成するように構成可能であるという意味で離散的である。種々の実施形態では、位相偏移の大きさはまた、一意であり、２つの位相偏移φ０、δφ１、δφ２、…δφｎは同じでないことを意味する。以下でさらに述べるように、入力光学信号１８０の位相は、出力光学信号１９０を生成するために、複数の離散的位相偏移の和である総合位相偏移だけ偏移される。
【００１６】
理論によって制限されないが、一般に電極１４０と電極１３０との間に電圧が印加されると、その電極１４０に関連する位相変調セクション１６０の屈折率が変化することになり、したがって、その位相変調セクション１６０の光路長が変化する。光路長の変化は、位相変調セクション１６０を通過する入力光学信号１８０の位相の対応する変化をもたらすことが予想される。入力光学信号１８０は、通電される各電極１４０に関連する増分位相偏移を受ける。
【００１７】
入力光学信号１８０に関して生成される位相偏移は、一般にｅｊφ（ｔ）と表されることができ、ほぼ位相変調セクション１６０のそれぞれによって生成される増分位相偏移の和である。制御信号１５０、たとえばＶ０（ｔ）、Ｖ１（ｔ）、Ｖ２（ｔ）、…Ｖｎ（ｔ）が、時間の関数として変調される場合、ｅｊφ（ｔ）もまた時間依存性であることになる。表記の便宜のために、制御信号１５０は、ｂ０、ｂ１、ｂ２、…ｂｎで指定されることができる。いくつかの実施形態では、制御信号１５０は２値方式で制御される。本明細書で、制御線に関する２値方式は、制御線が、通常動作中に２つの状態間で切換ることを意味する。論理の「０」またはブール代数の「偽(false)」に対応する第１の状態は、位相偏移が起こらないような関連する変調セクション１６０の制御に対応することができる。論理の「１」またはブール代数の「真(true)」に対応する第２の状態は、非ゼロ位相偏移が起こるような関連する変調セクション１６０の制御に対応することができる。もちろん、電極１４０の電圧状態に対する論理状態の割当ては任意であり、反転されることができる。入力光学信号１８０に関してＡＰＷＧ１００によって課される総合位相偏移は、
【００１８】
【数２】
として表される。ここで、φ０、φ１、φ２、…φｎは、ビットｂ０、ｂ１、ｂ２、…ｂｎによって生成される各増分位相偏移であり、ｂ０φ０+ｂ1φ１+ｂ２φ２、+…+ｂｎφｎは、アクティブ電極１４０に関連する変調セクション１６０による総合位相偏移である。
【００１９】
本明細書で提示される種々の実施形態は、互いに対して長さについての特定の関係を有するものとして電極１４０を記述することができる。ＡＰＷＧ１００は、たとえば、電極１４０．２が電極１４０．１より長く、電極１４０．３が電極１４０．２より長いなどであり、電極１４０．ｎが最も長い電極である状態で示される。電極１４０は、信号伝搬方向に単調に長さが増加するものとして示されるが、電極１４０が伝搬方向に小さくなるように順序付けられるか、またはさらに、電極長さが順序付けられないことを含む他の構成が可能でありまた想定される。信号伝搬方向における電極１４０の順序は、ＡＰＷＧ１００の動作にとって重要でないと予想される。
【００２０】
ある実施形態では、電極１４０の長さは、対数的に増加し、それにより、たとえば電極１４０．２の長さと電極１４０．１の長さの比は、電極１４０．３の長さと電極１４０．２の長さの比とほぼ同じである。より具体的には、ＡＰＷＧ１００の示す実施形態では、電極１４０．２の長さと電極１４０．１の長さの比は約２であり、電極１４０．３の長さと電極１４０．２の長さの比は約２である、などである。この実施形態は、本明細書で２値電極シーケンスと呼ばれる。
【００２１】
電極１４０が、ＡＰＷＧ１００について示した２値電極シーケンスで構成されるとき、次の小さな電極１４０、たとえば電極１４０．１に対する電極１４０、たとえば、電極１４０．２によって生成される位相偏移はまた、｜Ｖ２（ｔ）｜≒｜Ｖ1（ｔ）｜であるとき、約２の比を有する。そのため、各変調セクション１６０、たとえば変調セクション１６０．２によって生成される位相偏移と、次の短い変調セクション、たとえば変調セクション１６０．１によって生成される位相偏移の比は、電極がデジタル的に駆動されるとき約２である。
【００２２】
２値電極シーケンスを有するＡＰＷＧ１００が示されるが、他の電極構成は本開示の範囲内にある。たとえば、電極１４０は、２値以外の対数的進行、たとえばデバイス材料および処理制約に適合する任意の所望の比を有することができる。ある場合には、電極１４０の長さ、および、それにより生成される付随する位相偏移は、対数的関係以外の関係によって異なる可能性がある。いくつかの実施形態では、たとえば、電極１４０の長さは、直線的に増加することができる。他の実施形態では、電極１４０は、所望される各位相偏移値を生成するために１つだけの電極１４０が通電される必要があるような長さを有する。電極の長さは、位相偏移比の精度が所望されるとき、たとえばレーザトリミングによって調整されることができる。
【００２３】
図２は、総称的に電極２１０と呼ばれる、４つの電極２１０．１、２１０．２、２１０．３、２１０．４を有するＡＰＷＧ２００の実施形態を示す。電極２１０は、出力光学信号２２０を生成するために、光路１２０を通る入力光学信号１８０の位相を制御するように構成される。電極２１０は、４つの各制御信号２３０によって制御される。示す実施形態では、制御信号２３０は、２値制御線であると考えられ、電極２１０は、２値電極シーケンスで構成される。ＡＰＷＧの説明において、制御線２３０は、総称的にＢとして、また、ｅｊφ（ｔ）を所望の値に設定するように構成された制御ワードのビットとして種々の実施形態においてその状態を反映するために、個々にｂ０、ｂ１、ｂ２、ｂ３として呼ばれることができる。
【００２４】
種々の実施形態では、ＡＰＷＧ２００は、２π未満の総合位相偏移φＴを生成するように構成される。たとえば、制御信号２３０（ｂ０、ｂ１、ｂ２、およびｂ３）がそれぞれ、２つの状態を有するように構成される場合、ＡＰＷＧ２００は、２４＝１６個の一意の位相偏移を提供することができる。ＡＰＷＧ２００によって提供される位相遅延は、
【００２５】
【数３】
として表されることができ、ある場合には、約０ラジアンから約
【００２６】
【数４】
の範囲にある。
【００２７】
図２に示す原理は、４つより大きいかまたは小さい制御線に拡張されることができることを当業者は認識する。いくつかの実施形態では、ＡＰＷＧ１００の制御線１５０は、少なくとも６つの制御線を含む。原理上、ビットの数は、デバイス・サイズおよび複雑さなどの全体的な設計制約内の任意に大きな数に拡張されうる。一般に、制御ビットのより大きな数は、入力光学信号１８０上で生成される総合位相偏移のより高い精度をもたらす。
【００２８】
図３は、簡単のために本明細書でパターン３００と呼ばれることがある、時間位相偏移パターン３００の例示的な位相／大きさ特性を示す。パターン３００は、大きさ特性３１０および位相特性３２０で記述される。大きさ特性３１０は、光源１７０がパルス駆動されるオプションの実施形態の場合について示される。種々の代替の実施形態では、光源１７０は、少なくとも２つのパターン３００の間の間隔に関してＣＷ（連続波）である。位相特性３２０は、出力光学信号２２０の場合、たとえば入力光学信号１８０が４つの一意の位相偏移量のセットによって変調される場合について示される。位相偏移量は、２つの隣接する位相偏移値間の、たとえば、位相偏移値３３０と位相偏移値３４０との間の差である。位相特性３２０は、出力光学信号２２０が、最初に、入力光学信号１８０の位相に対して一般に任意であるベースライン位相φ０を有する非制限的な場合について示される。
【００２９】
たとえば位相特性３２０の示す状態に対応する、制御信号２３０のビットの組合せは、時間ｔ１、ｔ２、ｔ３に対応する最初の３つの位相状態について表３５０に示される。時刻ｔ１にて、出力光学信号２２０の位相は、約
【００３０】
【数５】
である。時刻ｔ２にて、出力光学信号２２０の位相は、約
【００３１】
【数６】
である。時刻ｔ３にて、出力光学信号２２０の位相は、約
【００３２】
【数７】
である。パターン３００に関連する１０個の位相状態を有するパターン３００が示されるが、原理上、パターン３００は、任意に大きな数の関連する位相状態を有することができる。
【００３３】
ＡＰＷＧ１００が、出力光学信号１９０の任意の所望のベースライン位相φ０をもたらすように構成されることができることが留意される。たとえば、種々の光路の長さは、φ０の特定の値をもたらすように制御されることができる。特定のφ０は、たとえば受信デバイスの要件に関連する可能性がある。同様に、いくつかの実施形態では、ＡＰＷＧ１００の制御は、ベースライン位相の周りの所望の位相範囲を生成するようにバイアスされる。たとえば、制御信号１５０は、ベースライン位相の周りにほぼ±π位相偏移を生成するようにバイアスされることができ、それは、整合フィルタなどの種々の実施形態において望ましい場合がある。
【００３４】
ＡＰＷＧ１００の各位相変調セクション１６０が、２０Ｇビット／秒より高い周波数で駆動されることができることが予想される。いくつかの実施形態では、各変調セクション１６０は、５０Ｇビット／秒以上の周波数で駆動されることができる。そのため、ＡＰＷＧ１００は、非常に高いサンプリングレートで動作することが可能であると予想される。さらに、以下に述べるようなＡＰＷＧ１００を使用する整合フィルタの実施形態は、先に述べた従来の光学振幅整合フィルタと比べて著しく改善されたＳＮＲを提供することが予想される。たとえば、振幅整合フィルタは、２５ｄＢより小さい消光比を有することができ、それは、スプリアスフリー・ダイナミックレンジ（ＳＦＤＲ）として表現されることがある、システム・ダイナミックレンジを大幅に制限する可能性がある。対照的に、ＡＰＷＧ１００に適合するＡＰＷＧ実施形態の消光比のＳＦＤＲ測定は、１００ｄＢを超える、ある場合には１１０ｄＢを超える値を提供しうる。その理由は、直接位相変調のために消光比が大きくなるからである。したがって、開示されるＡＰＷＧ１００を使用するいくつかの実施形態は、振幅整合フィルタ設計を使用するアプリケーションより著しく高い分解能、ＳＦＤＲ、および／またはＳＮＲから利益を得ると予想される。さらに、ある場合には、こうしたいくつかの実施形態の高い変調レートおよび高いＳＮＲは、電気的振幅変調に基づく従来の位相変調デバイスの場合に比べて著しく低いコストで達成されることができる。
【００３５】
種々の代替の実施形態は、一意の光路長を有する光路部分を生成するために使用されることができる。図４は、全体が４００で指定される１つの代替の実施形態を示し、ビットｂ０、ｂ１、ｂ２、ｂ３はそれぞれ、光路長の２値シーケンスを有する４つの位相変調セクション４２０．０、４２０．１、４２０．２、４２０．３をもたらすために１つまたは複数の電極４１０に結合される。電極４１０は、示す実施形態では、名目上は同一である。そのため、ビットｂ１およびｂ０が、その各電極にほぼ同じ電圧を提供するとき、２つの電極４１０に制御電圧を印加するビットｂ１は、１つだけの電極４１０の電圧を制御するビットｂ０の位相偏移の約２倍の位相偏移を入力光学信号１８０に生成する。同様に、ビットｂ２は４つの電極４１０の電圧を制御し、ビットｂ３は８つの電極４１０の電圧を制御する。
【００３６】
図５は、全体が５００で指定される実施形態を示し、４つの名目上同一の電極５１０．０、５１０．１、５１０．２、５１０．３、総称的に電極５１０は、各位相変調セクション５２０．０、５２０．１、５２０．２、５２０．３、総称的に位相変調セクション５２０内に位相偏移を生成するために使用される。実施形態５００では、電極５１０に印加される電圧は同じではない。示す実施形態では、位相変調セクション５２０の物理的長さは、ほぼ同じであるが、不等の光路長を有する実施形態が想定される。電極５１０．０は、電圧Ｖ０によって制御される。電極５１０．１は、Ｖ０の約２倍である電圧Ｖ１によって制御される。同様に、電極５１０．２は、Ｖ１の約２倍である電圧Ｖ２によって制御され、電極５１０．３は、Ｖ２の約２倍である電圧Ｖ３によって制御される。こうして構成されると、印加電圧は位相変調セクション５２０の線形応答領域に留まるが、電極５１０および位相変調セクション５２０によって生成される位相偏移の和は、通電される電極５１０のパターンを記述する２値ワードの値に一般に比例することになる。
【００３７】
述べた原理を適用することによって、制御電圧、電極サイズ、および制御線当たりの電極数の種々の組合せが使用されて、位相偏移値の所望の組合せが生成され、それにより、たとえば材料選択、デバイス幾何形状、および制御ビット数によって課される制約の中で、ＡＰＷＧ１００によって記述される一般的なＡＰＷＧの出力光学信号１９０の任意の所望の位相形態を生成することができることを当業者は認識するであろう。
【００３８】
ここで図６を考えて、位相整合フィルタ６００の実施形態が示される。フィルタ６００は、光路６３０によって結合される第１のＡＰＷＧ６１０および第２のＡＰＷＧ６２０を含む。種々の実施形態では、第１のＡＰＷＧ６１０および第２のＡＰＷＧ６２０は、製造公差内で名目上同一であり、また特に、それぞれが、それぞれを通過する光学信号に対して名目上同一の時間位相偏移パターンを提供するように構成されることができる。光路６３０は、制限なしで、光学導波路、たとえば光ファイバ、液体、生体材料、空気、および真空を含む、入力光学信号１８０の伝搬をサポートする任意の媒体を含むことができる。
【００３９】
第１のＡＰＷＧ６１０は、制御信号６４５により第１のシーケンス発生器６４０によって制御される。第２のＡＰＷＧ６２０は、制御信号６５５により第２のシーケンス発生器６５０によって制御される。第１および第２のシーケンス発生器６４０、６５０は、その出力でビット・パターンのシーケンスを生成するように構成可能である。出力の電圧は、各出力ビットに対応する所望の位相偏移を入力光学信号１８０に関して形成するために、必要に応じて個々にまたは全体としてスケーリングされることができる。遅延要素６６０は、制御信号６４５に対して制御信号６５５を時間遅延ΔＴだけ遅延させるように構成される。種々の実施形態では、遅延要素６６０は、プログラマブルなまたは調整可能な遅延であり、一方、他の実施形態では、遅延要素６６０は固定される。
【００４０】
一実施形態では、第１のシーケンス発生器６４０は、入力光学信号１８０に関して位相偏移の時間シーケンスを生成するように構成される。いくつかの実施形態では、時間シーケンスは、第１のシーケンス発生器６４０によって出力される、疑似ランダム２値シーケンス（ＰＲＢＳ）６７０によって例示されるような、疑似ランダム２値シーケンスを使用して形成される。こうした実施形態では、第１のＡＰＷＧ６１０によって出力される信号の位相は、上述したように、利用可能な位相状態の疑似ランダム分布を有することになり、利用可能な位相状態の数は、制御信号６４５の数ｎによって部分的に確定される。他の実施形態では、時間シーケンスは、その既知の形態の任意の形態で線形ＦＭ（ＬＦＭ）信号である。ＬＦＭは、たとえばレーダ・アプリケーションで使用されることができる。種々の実施形態では、制御信号６４５は、２値方式で制御され、２ｎ個の位相状態をもたらす。他の実施形態では、制御信号は、２以外のいくつかの状態によって制御される。一例では、制御信号６４５は、３元方式で制御され、３ｎ個の位相状態をもたらす。
【００４１】
第２のＡＰＷＧ６２０は、出力信号が光路６３０を介して伝搬した後、第１のＡＰＷＧ６１０によって出力される光学信号を受信するように構成される。種々の実施形態では、第２のＡＰＷＧ６２０によって伝搬光学信号に関して生成される位相偏移は、第１のＡＰＷＧ６１０によって生成される伝搬光学信号の時間遅延バージョンである。たとえば、第２のシーケンス発生器６５０はまた、ＰＲＢＳを生成するように構成されることができる。いくつかの実施形態では、第２のシーケンス発生器６５０は、第１のシーケンス発生器６４０と同じであるが、時間遅延ΔＴだけ遅延されたビット・パターンのシーケンスを出力するように構成されることができる。
【００４２】
第１のＡＰＷＧ６１０および第２のＡＰＷＧ６２０によって生成される位相偏移がＰＲＢＳに応答するとき、一般に、第２のＡＰＷＧ６２０によって生成される位相偏移は、第１のＡＰＷＧ６１０によって生成される位相偏移に相関付けられないことになる。こうした場合、第２のＡＰＷＧ６２０によって生成される位相偏移は、一般に光路６３０から受信される信号に破壊的に干渉し、第２のＡＰＷＧ６２０によって出力される出力光学信号６７５のパワーをほとんどもたらさない。
【００４３】
しかし、遅延要素６６０によって生成される時間遅延ΔＴが、第２のＡＰＷＧ６２０によって適用される遅延された時間位相偏移パターンが第１のＡＰＷＧ６１０によって適用される到来信号の遅延された時間位相偏移パターンに整列するように調節されるとき、位相偏移パターンは、時間的に相関付けられる。この場合、出力光学信号６７５のパワーは非ゼロである。そのため、こうして構成されると、第１のＡＰＷＧ６１０および第２のＡＰＷＧ６２０は、位相整合フィルタとして働く。先に述べたように、整合は、振幅ではなく位相に基づくため、出力光学信号６７５によって表されるフィルタリング済み信号のＳＮＲは、一般に高く、特に、光学振幅整合フィルタより優れる。
【００４４】
非制限的な例証において、出力光学信号６７５を検出するように構成されたパワーメータ６８０は、パラメータとしてΔＴの遅延が遅延要素６６０によって適用されたパワー特性６９０を生成することができる。検出されるパワーは、急峻なピークと低いノイズフロアによって特徴付けられる。これらの特性は、制限なしで、光検出と測距（ＬＩＤＡＲ）およびＣＤＭＡに基づく光学通信などの位相整合フィルタ６００を利用する実施形態の性能の改善をもたらすことが予想される。
【００４５】
図７は、光学局部発振器（ＬＯ）７１０を使用する位相整合フィルタ７００の実施形態を示す。ある場合には、さらなる信号処理のために、出力光学信号６７５のパワーを増加させること、または、出力光学信号６７５をダウンコンバートすることが望ましい場合がある。出力光学信号６７５およびＬＯ７１０は、４ポート光学カプラー７２０に入力される。カプラー７２０の出力は、平衡検波器７３０の入力に結合される。一実施形態では、ＬＯ７１０は、出力光学信号６７５と同じ周波数、たとえばωｃを有するように構成される。この場合、ＬＯ７１０は、出力光学信号６７５に建設的に干渉することができる。ＬＯ７１０のパワーを調整することによって、または、平衡検波器７３０の利得を増加させることによって、平衡検波器は、出力光学信号６７５の増幅バージョンである出力信号７４０を生成することができる。
【００４６】
別の実施形態では、出力光学信号６７５の周波数は、周波数ωＬＯ≠ωｃを有する信号を生成するようにＬＯ７１０を構成することによって偏移される。カプラー７２０は、その後、周波数がωＬＯ≠ωｃの混合生成物を生成する。差（低い）周波数出力が所望される場合、平衡検波器７３０は、出力信号７４０による出力のためにωＬＯ−ωｃの信号を選択するように構成されることができる。
【００４７】
ここで図８Ａに移動して、全体が８００で指定される方法が提供される。方法８００は、たとえば、位相整合光学フィルタを形成するために使用されることができる。方法８００は開始状態８０１で始まる。ステップ８１０にて、光路は、コヒーレント光学信号を受信するように構成される。ステップ８２０にて、第１の複数の電極は、コヒーレント信号に関して第１の複数の離散的位相偏移を生成するように適合される。位相偏移は、出力光学信号が、入力光学信号に対して複数の離散的位相偏移の和だけ位相偏移されるように適用されることができる。ステップ８３０にて、第１の位相シーケンス発生器は、コヒーレント光学信号に関して時間位相偏移パターンを生成するように第１の複数の電極を制御するように構成される。方法８００は終了状態８９９で終了する。
【００４８】
図８Ｂは、種々の実施形態で実施されることができる方法８００のさらなるステップを示す。ステップ８４０にて、第２の複数の電極は、コヒーレント信号に関して第２の複数の離散的位相偏移を生成するように構成される。任意選択で、第１の時間位相偏移パターンおよび第２の時間位相偏移パターンは、同じ時間位相偏移パターンである。ステップ８５０にて、第２の複数の離散的位相偏移は、第１の複数の位相偏移に対して遅延されるように構成される。第２の位相シーケンス発生器は、たとえば、第２の複数の電極を制御するために使用されることができる。ステップ８６０にて、第２の時間位相偏移パターンは、第１の時間位相偏移パターンに対して遅延時間ΔＴだけ遅延されるように構成される。任意選択で、遅延時間ΔＴは、第２の時間位相偏移パターンと第１の時間位相偏移パターンとの間に時間相関をもたらす値である。
【００４９】
本出願が関連する当業者は、他のまたさらなる追加、削除、置換、および変更が、述べた実施形態に対して行われることができることを認識するであろう。
【技術分野】
【０００１】
本出願は、一般に、光学デバイスに関し、排他的ではないがより具体的には、フォトニック・デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
本節は、本開示のよりよい理解を促進するのに役立つ可能性がある態様を紹介する。したがって、本節の陳述は、それに照らして読まれ、従来技術に存在するもの、または、従来技術に存在しないものに関する承認として理解されるべきではない。
【０００３】
整合フィルタは、レーダおよび電気通信を含む種々のアプリケーションで使用される。整合フィルタは、通常、既知信号またはテンプレートを未知信号に相関付けて、未知信号におけるテンプレートの存在を検出する。
【０００４】
通常、整合フィルタは、振幅整合によって動作する。しかし、振幅整合に対する固有の制限は、整合フィルタを含むシステムの性能を制限する可能性がある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
１つの態様は、光路および複数の電極を含む装置を提供する。光路は、入力光学信号を伝搬するように構成される。複数の電極は、光学信号に関して複数の離散的位相偏移を生成するように構成される。出力光学信号は、複数の離散的位相偏移の和だけ入力光学信号に対して位相偏移される。
【０００６】
別の態様は、フォトニック整合フィルタを提供する。フィルタは、第１および第２の光学任意位相波形発生器ならびに両者間の伝搬経路を含む。第１の光学任意位相波形発生器は、コヒーレント光信号を受取り、コヒーレント光信号に第１の時間位相偏移パターンを適用するように適合される。第２の光学任意位相波形発生器は、第１の光学任意位相波形発生器の出力信号を受信し、出力信号に第２の時間位相偏移パターンを適用するように構成可能である。伝搬経路は、第１の波形発生器の出力から第２の波形発生器の入力にコヒーレント光信号を伝搬させるように構成される。
【０００７】
なお別の態様は方法である。方法は、コヒーレント光学信号を受信するように光路を構成することを含む。第１の複数の電極は、コヒーレント信号に関して第１の複数の離散的位相偏移を生成するように構成される。出力光学信号は、複数の離散的位相偏移の和だけ入力光学信号に対して位相偏移される。第１の位相シーケンス発生器は、コヒーレント光学信号に関して第１の時間位相偏移パターンを生成するよう第１の複数の電極を制御するように構成される。
【０００８】
添付図面に関連して考えられる、単に例として提供される、実施形態の以下の説明がここで参照される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本開示の一般的な任意位相波形発生器（ＡＰＷＧ）を示す図である。
【図２】１６個の位相状態を生成するように構成されたＡＰＷＧの例示的な実施形態を示す図である。
【図３】ＡＰＷＧによって生成される信号の例示的な大きさおよび位相を示す図である。
【図４】本開示のＡＰＷＧの代替の実施形態を示す図である。
【図５】本開示のＡＰＷＧの代替の実施形態を示す図である。
【図６】ＡＰＷＧを利用する位相整合(matched-phase)フィルタの本開示の実施形態を示す図である。
【図７】局部発振器を有する位相整合フィルタの本開示の実施形態を示す図である。
【図８Ａ】本開示の方法を示す図である。
【図８Ｂ】本開示の方法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本開示は、整合フィルタが、従来の整合フィルタ・デバイスの制限を克服するために光学位相形成デバイスを使用して実装されることができるというユニークな認識から利益を得る。光学振幅整合フィルタは、光学振幅整合フィルタ内での信号分離に関する固有の制限による低い消光比によって制限される可能性がある。本明細書の種々の実施形態で述べる位相整合フィルタは、少なくともフィルタ性能に関する消光比制限が実質的に低減されるまたは本質的になくなる点で、従来の光学振幅整合フィルタを改善する。この低減は、とりわけ、従来の光学振幅整合フィルタの場合に比べて位相整合フィルタの高い信号対雑音比（ＳＮＲ）を可能にする。
【００１１】
最初に図１を見ると、全体が１００で指定された任意位相波形発生器（ＡＰＷＧ）の一般的な実施形態が示される。ＡＰＷＧ１００は、限定されてないが、基板１１０上に形成された平面光学導波路デバイスとして示される。ファイバ導波路などの他の形態の光学導波路を利用する実施形態は、本開示が与えられると、光学技術の専門家の能力内にある。光路１２０は、基板１１０にわたって形成され、電極１３０が、光路１２０と基板１１０との間に位置する。本明細書で総称的に電極１４０と呼ばれる電極１４０．０、１４０．１、１４０．２、…１４０．ｎは、光路１２０にわたって位置する。電極は、総称的に制御信号１５０と呼ばれる制御信号Ｖ０（ｔ）、Ｖ１（ｔ）、Ｖ２（ｔ）、…Ｖｎ（ｔ）によって制御される。基板１１０、光路１２０、電極１３０、および電極１４０はそれぞれ、従来型であるか、または、将来発見される任意のプロセスによって形成されることができる。光路は、たとえば、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）、あるいは、他の電気光学材料であって、電極１４０の１つまたは複数と電極１３０との間の電圧に応答して、他の電気光学材料を通過する光学信号に位相偏移を誘起することが可能な、他の電気光学材料を含むことができる。
【００１２】
各電極１４０は、対応する位相変調セクション１６０に関連する。そのため、たとえば、電極１４０．０は、位相変調セクション１６０．０に関連し、電極１４０．１は、位相変調セクション１６０．１に関連するなどである。各電極１４０はまた、対応する増分位相偏移φｎ（ｔ）に関連する。そのため、電極１４０．０は、位相偏移φ０（ｔ）に関連し、電極１４０．１は、位相偏移φ１（ｔ）に関連するなどである。位相偏移は、一般に、時間の関数であり、対応する電極１４０による位相偏移の変調を反映する。以降で、位相偏移φｎの時間依存性は省略され、一方、各位相偏移φｎが一般に時間の関数であることが理解される。
【００１３】
光源１７０は、入力光学信号１８０を生成するように適合される。光源１７０は、たとえば、レーザダイオードなどの可視または不可視コヒーレント光学供給原とすることができる。光源１７０は、一般に、ほぼ一定の大きさＥｃおよび周波数ωｃを有する、
【００１４】
【数１】
の信号を出力する。
【００１５】
種々の実施形態では、位相偏移φ０、φ１、φ２、…φｎは、離散的位相偏移である。位相偏移は、各電極１４０が、別の電極１４０によって生成される位相偏移と独立に電極１４０に関連する位相偏移φｎを生成するように構成可能であるという意味で離散的である。種々の実施形態では、位相偏移の大きさはまた、一意であり、２つの位相偏移φ０、δφ１、δφ２、…δφｎは同じでないことを意味する。以下でさらに述べるように、入力光学信号１８０の位相は、出力光学信号１９０を生成するために、複数の離散的位相偏移の和である総合位相偏移だけ偏移される。
【００１６】
理論によって制限されないが、一般に電極１４０と電極１３０との間に電圧が印加されると、その電極１４０に関連する位相変調セクション１６０の屈折率が変化することになり、したがって、その位相変調セクション１６０の光路長が変化する。光路長の変化は、位相変調セクション１６０を通過する入力光学信号１８０の位相の対応する変化をもたらすことが予想される。入力光学信号１８０は、通電される各電極１４０に関連する増分位相偏移を受ける。
【００１７】
入力光学信号１８０に関して生成される位相偏移は、一般にｅｊφ（ｔ）と表されることができ、ほぼ位相変調セクション１６０のそれぞれによって生成される増分位相偏移の和である。制御信号１５０、たとえばＶ０（ｔ）、Ｖ１（ｔ）、Ｖ２（ｔ）、…Ｖｎ（ｔ）が、時間の関数として変調される場合、ｅｊφ（ｔ）もまた時間依存性であることになる。表記の便宜のために、制御信号１５０は、ｂ０、ｂ１、ｂ２、…ｂｎで指定されることができる。いくつかの実施形態では、制御信号１５０は２値方式で制御される。本明細書で、制御線に関する２値方式は、制御線が、通常動作中に２つの状態間で切換ることを意味する。論理の「０」またはブール代数の「偽(false)」に対応する第１の状態は、位相偏移が起こらないような関連する変調セクション１６０の制御に対応することができる。論理の「１」またはブール代数の「真(true)」に対応する第２の状態は、非ゼロ位相偏移が起こるような関連する変調セクション１６０の制御に対応することができる。もちろん、電極１４０の電圧状態に対する論理状態の割当ては任意であり、反転されることができる。入力光学信号１８０に関してＡＰＷＧ１００によって課される総合位相偏移は、
【００１８】
【数２】
として表される。ここで、φ０、φ１、φ２、…φｎは、ビットｂ０、ｂ１、ｂ２、…ｂｎによって生成される各増分位相偏移であり、ｂ０φ０+ｂ1φ１+ｂ２φ２、+…+ｂｎφｎは、アクティブ電極１４０に関連する変調セクション１６０による総合位相偏移である。
【００１９】
本明細書で提示される種々の実施形態は、互いに対して長さについての特定の関係を有するものとして電極１４０を記述することができる。ＡＰＷＧ１００は、たとえば、電極１４０．２が電極１４０．１より長く、電極１４０．３が電極１４０．２より長いなどであり、電極１４０．ｎが最も長い電極である状態で示される。電極１４０は、信号伝搬方向に単調に長さが増加するものとして示されるが、電極１４０が伝搬方向に小さくなるように順序付けられるか、またはさらに、電極長さが順序付けられないことを含む他の構成が可能でありまた想定される。信号伝搬方向における電極１４０の順序は、ＡＰＷＧ１００の動作にとって重要でないと予想される。
【００２０】
ある実施形態では、電極１４０の長さは、対数的に増加し、それにより、たとえば電極１４０．２の長さと電極１４０．１の長さの比は、電極１４０．３の長さと電極１４０．２の長さの比とほぼ同じである。より具体的には、ＡＰＷＧ１００の示す実施形態では、電極１４０．２の長さと電極１４０．１の長さの比は約２であり、電極１４０．３の長さと電極１４０．２の長さの比は約２である、などである。この実施形態は、本明細書で２値電極シーケンスと呼ばれる。
【００２１】
電極１４０が、ＡＰＷＧ１００について示した２値電極シーケンスで構成されるとき、次の小さな電極１４０、たとえば電極１４０．１に対する電極１４０、たとえば、電極１４０．２によって生成される位相偏移はまた、｜Ｖ２（ｔ）｜≒｜Ｖ1（ｔ）｜であるとき、約２の比を有する。そのため、各変調セクション１６０、たとえば変調セクション１６０．２によって生成される位相偏移と、次の短い変調セクション、たとえば変調セクション１６０．１によって生成される位相偏移の比は、電極がデジタル的に駆動されるとき約２である。
【００２２】
２値電極シーケンスを有するＡＰＷＧ１００が示されるが、他の電極構成は本開示の範囲内にある。たとえば、電極１４０は、２値以外の対数的進行、たとえばデバイス材料および処理制約に適合する任意の所望の比を有することができる。ある場合には、電極１４０の長さ、および、それにより生成される付随する位相偏移は、対数的関係以外の関係によって異なる可能性がある。いくつかの実施形態では、たとえば、電極１４０の長さは、直線的に増加することができる。他の実施形態では、電極１４０は、所望される各位相偏移値を生成するために１つだけの電極１４０が通電される必要があるような長さを有する。電極の長さは、位相偏移比の精度が所望されるとき、たとえばレーザトリミングによって調整されることができる。
【００２３】
図２は、総称的に電極２１０と呼ばれる、４つの電極２１０．１、２１０．２、２１０．３、２１０．４を有するＡＰＷＧ２００の実施形態を示す。電極２１０は、出力光学信号２２０を生成するために、光路１２０を通る入力光学信号１８０の位相を制御するように構成される。電極２１０は、４つの各制御信号２３０によって制御される。示す実施形態では、制御信号２３０は、２値制御線であると考えられ、電極２１０は、２値電極シーケンスで構成される。ＡＰＷＧの説明において、制御線２３０は、総称的にＢとして、また、ｅｊφ（ｔ）を所望の値に設定するように構成された制御ワードのビットとして種々の実施形態においてその状態を反映するために、個々にｂ０、ｂ１、ｂ２、ｂ３として呼ばれることができる。
【００２４】
種々の実施形態では、ＡＰＷＧ２００は、２π未満の総合位相偏移φＴを生成するように構成される。たとえば、制御信号２３０（ｂ０、ｂ１、ｂ２、およびｂ３）がそれぞれ、２つの状態を有するように構成される場合、ＡＰＷＧ２００は、２４＝１６個の一意の位相偏移を提供することができる。ＡＰＷＧ２００によって提供される位相遅延は、
【００２５】
【数３】
として表されることができ、ある場合には、約０ラジアンから約
【００２６】
【数４】
の範囲にある。
【００２７】
図２に示す原理は、４つより大きいかまたは小さい制御線に拡張されることができることを当業者は認識する。いくつかの実施形態では、ＡＰＷＧ１００の制御線１５０は、少なくとも６つの制御線を含む。原理上、ビットの数は、デバイス・サイズおよび複雑さなどの全体的な設計制約内の任意に大きな数に拡張されうる。一般に、制御ビットのより大きな数は、入力光学信号１８０上で生成される総合位相偏移のより高い精度をもたらす。
【００２８】
図３は、簡単のために本明細書でパターン３００と呼ばれることがある、時間位相偏移パターン３００の例示的な位相／大きさ特性を示す。パターン３００は、大きさ特性３１０および位相特性３２０で記述される。大きさ特性３１０は、光源１７０がパルス駆動されるオプションの実施形態の場合について示される。種々の代替の実施形態では、光源１７０は、少なくとも２つのパターン３００の間の間隔に関してＣＷ（連続波）である。位相特性３２０は、出力光学信号２２０の場合、たとえば入力光学信号１８０が４つの一意の位相偏移量のセットによって変調される場合について示される。位相偏移量は、２つの隣接する位相偏移値間の、たとえば、位相偏移値３３０と位相偏移値３４０との間の差である。位相特性３２０は、出力光学信号２２０が、最初に、入力光学信号１８０の位相に対して一般に任意であるベースライン位相φ０を有する非制限的な場合について示される。
【００２９】
たとえば位相特性３２０の示す状態に対応する、制御信号２３０のビットの組合せは、時間ｔ１、ｔ２、ｔ３に対応する最初の３つの位相状態について表３５０に示される。時刻ｔ１にて、出力光学信号２２０の位相は、約
【００３０】
【数５】
である。時刻ｔ２にて、出力光学信号２２０の位相は、約
【００３１】
【数６】
である。時刻ｔ３にて、出力光学信号２２０の位相は、約
【００３２】
【数７】
である。パターン３００に関連する１０個の位相状態を有するパターン３００が示されるが、原理上、パターン３００は、任意に大きな数の関連する位相状態を有することができる。
【００３３】
ＡＰＷＧ１００が、出力光学信号１９０の任意の所望のベースライン位相φ０をもたらすように構成されることができることが留意される。たとえば、種々の光路の長さは、φ０の特定の値をもたらすように制御されることができる。特定のφ０は、たとえば受信デバイスの要件に関連する可能性がある。同様に、いくつかの実施形態では、ＡＰＷＧ１００の制御は、ベースライン位相の周りの所望の位相範囲を生成するようにバイアスされる。たとえば、制御信号１５０は、ベースライン位相の周りにほぼ±π位相偏移を生成するようにバイアスされることができ、それは、整合フィルタなどの種々の実施形態において望ましい場合がある。
【００３４】
ＡＰＷＧ１００の各位相変調セクション１６０が、２０Ｇビット／秒より高い周波数で駆動されることができることが予想される。いくつかの実施形態では、各変調セクション１６０は、５０Ｇビット／秒以上の周波数で駆動されることができる。そのため、ＡＰＷＧ１００は、非常に高いサンプリングレートで動作することが可能であると予想される。さらに、以下に述べるようなＡＰＷＧ１００を使用する整合フィルタの実施形態は、先に述べた従来の光学振幅整合フィルタと比べて著しく改善されたＳＮＲを提供することが予想される。たとえば、振幅整合フィルタは、２５ｄＢより小さい消光比を有することができ、それは、スプリアスフリー・ダイナミックレンジ（ＳＦＤＲ）として表現されることがある、システム・ダイナミックレンジを大幅に制限する可能性がある。対照的に、ＡＰＷＧ１００に適合するＡＰＷＧ実施形態の消光比のＳＦＤＲ測定は、１００ｄＢを超える、ある場合には１１０ｄＢを超える値を提供しうる。その理由は、直接位相変調のために消光比が大きくなるからである。したがって、開示されるＡＰＷＧ１００を使用するいくつかの実施形態は、振幅整合フィルタ設計を使用するアプリケーションより著しく高い分解能、ＳＦＤＲ、および／またはＳＮＲから利益を得ると予想される。さらに、ある場合には、こうしたいくつかの実施形態の高い変調レートおよび高いＳＮＲは、電気的振幅変調に基づく従来の位相変調デバイスの場合に比べて著しく低いコストで達成されることができる。
【００３５】
種々の代替の実施形態は、一意の光路長を有する光路部分を生成するために使用されることができる。図４は、全体が４００で指定される１つの代替の実施形態を示し、ビットｂ０、ｂ１、ｂ２、ｂ３はそれぞれ、光路長の２値シーケンスを有する４つの位相変調セクション４２０．０、４２０．１、４２０．２、４２０．３をもたらすために１つまたは複数の電極４１０に結合される。電極４１０は、示す実施形態では、名目上は同一である。そのため、ビットｂ１およびｂ０が、その各電極にほぼ同じ電圧を提供するとき、２つの電極４１０に制御電圧を印加するビットｂ１は、１つだけの電極４１０の電圧を制御するビットｂ０の位相偏移の約２倍の位相偏移を入力光学信号１８０に生成する。同様に、ビットｂ２は４つの電極４１０の電圧を制御し、ビットｂ３は８つの電極４１０の電圧を制御する。
【００３６】
図５は、全体が５００で指定される実施形態を示し、４つの名目上同一の電極５１０．０、５１０．１、５１０．２、５１０．３、総称的に電極５１０は、各位相変調セクション５２０．０、５２０．１、５２０．２、５２０．３、総称的に位相変調セクション５２０内に位相偏移を生成するために使用される。実施形態５００では、電極５１０に印加される電圧は同じではない。示す実施形態では、位相変調セクション５２０の物理的長さは、ほぼ同じであるが、不等の光路長を有する実施形態が想定される。電極５１０．０は、電圧Ｖ０によって制御される。電極５１０．１は、Ｖ０の約２倍である電圧Ｖ１によって制御される。同様に、電極５１０．２は、Ｖ１の約２倍である電圧Ｖ２によって制御され、電極５１０．３は、Ｖ２の約２倍である電圧Ｖ３によって制御される。こうして構成されると、印加電圧は位相変調セクション５２０の線形応答領域に留まるが、電極５１０および位相変調セクション５２０によって生成される位相偏移の和は、通電される電極５１０のパターンを記述する２値ワードの値に一般に比例することになる。
【００３７】
述べた原理を適用することによって、制御電圧、電極サイズ、および制御線当たりの電極数の種々の組合せが使用されて、位相偏移値の所望の組合せが生成され、それにより、たとえば材料選択、デバイス幾何形状、および制御ビット数によって課される制約の中で、ＡＰＷＧ１００によって記述される一般的なＡＰＷＧの出力光学信号１９０の任意の所望の位相形態を生成することができることを当業者は認識するであろう。
【００３８】
ここで図６を考えて、位相整合フィルタ６００の実施形態が示される。フィルタ６００は、光路６３０によって結合される第１のＡＰＷＧ６１０および第２のＡＰＷＧ６２０を含む。種々の実施形態では、第１のＡＰＷＧ６１０および第２のＡＰＷＧ６２０は、製造公差内で名目上同一であり、また特に、それぞれが、それぞれを通過する光学信号に対して名目上同一の時間位相偏移パターンを提供するように構成されることができる。光路６３０は、制限なしで、光学導波路、たとえば光ファイバ、液体、生体材料、空気、および真空を含む、入力光学信号１８０の伝搬をサポートする任意の媒体を含むことができる。
【００３９】
第１のＡＰＷＧ６１０は、制御信号６４５により第１のシーケンス発生器６４０によって制御される。第２のＡＰＷＧ６２０は、制御信号６５５により第２のシーケンス発生器６５０によって制御される。第１および第２のシーケンス発生器６４０、６５０は、その出力でビット・パターンのシーケンスを生成するように構成可能である。出力の電圧は、各出力ビットに対応する所望の位相偏移を入力光学信号１８０に関して形成するために、必要に応じて個々にまたは全体としてスケーリングされることができる。遅延要素６６０は、制御信号６４５に対して制御信号６５５を時間遅延ΔＴだけ遅延させるように構成される。種々の実施形態では、遅延要素６６０は、プログラマブルなまたは調整可能な遅延であり、一方、他の実施形態では、遅延要素６６０は固定される。
【００４０】
一実施形態では、第１のシーケンス発生器６４０は、入力光学信号１８０に関して位相偏移の時間シーケンスを生成するように構成される。いくつかの実施形態では、時間シーケンスは、第１のシーケンス発生器６４０によって出力される、疑似ランダム２値シーケンス（ＰＲＢＳ）６７０によって例示されるような、疑似ランダム２値シーケンスを使用して形成される。こうした実施形態では、第１のＡＰＷＧ６１０によって出力される信号の位相は、上述したように、利用可能な位相状態の疑似ランダム分布を有することになり、利用可能な位相状態の数は、制御信号６４５の数ｎによって部分的に確定される。他の実施形態では、時間シーケンスは、その既知の形態の任意の形態で線形ＦＭ（ＬＦＭ）信号である。ＬＦＭは、たとえばレーダ・アプリケーションで使用されることができる。種々の実施形態では、制御信号６４５は、２値方式で制御され、２ｎ個の位相状態をもたらす。他の実施形態では、制御信号は、２以外のいくつかの状態によって制御される。一例では、制御信号６４５は、３元方式で制御され、３ｎ個の位相状態をもたらす。
【００４１】
第２のＡＰＷＧ６２０は、出力信号が光路６３０を介して伝搬した後、第１のＡＰＷＧ６１０によって出力される光学信号を受信するように構成される。種々の実施形態では、第２のＡＰＷＧ６２０によって伝搬光学信号に関して生成される位相偏移は、第１のＡＰＷＧ６１０によって生成される伝搬光学信号の時間遅延バージョンである。たとえば、第２のシーケンス発生器６５０はまた、ＰＲＢＳを生成するように構成されることができる。いくつかの実施形態では、第２のシーケンス発生器６５０は、第１のシーケンス発生器６４０と同じであるが、時間遅延ΔＴだけ遅延されたビット・パターンのシーケンスを出力するように構成されることができる。
【００４２】
第１のＡＰＷＧ６１０および第２のＡＰＷＧ６２０によって生成される位相偏移がＰＲＢＳに応答するとき、一般に、第２のＡＰＷＧ６２０によって生成される位相偏移は、第１のＡＰＷＧ６１０によって生成される位相偏移に相関付けられないことになる。こうした場合、第２のＡＰＷＧ６２０によって生成される位相偏移は、一般に光路６３０から受信される信号に破壊的に干渉し、第２のＡＰＷＧ６２０によって出力される出力光学信号６７５のパワーをほとんどもたらさない。
【００４３】
しかし、遅延要素６６０によって生成される時間遅延ΔＴが、第２のＡＰＷＧ６２０によって適用される遅延された時間位相偏移パターンが第１のＡＰＷＧ６１０によって適用される到来信号の遅延された時間位相偏移パターンに整列するように調節されるとき、位相偏移パターンは、時間的に相関付けられる。この場合、出力光学信号６７５のパワーは非ゼロである。そのため、こうして構成されると、第１のＡＰＷＧ６１０および第２のＡＰＷＧ６２０は、位相整合フィルタとして働く。先に述べたように、整合は、振幅ではなく位相に基づくため、出力光学信号６７５によって表されるフィルタリング済み信号のＳＮＲは、一般に高く、特に、光学振幅整合フィルタより優れる。
【００４４】
非制限的な例証において、出力光学信号６７５を検出するように構成されたパワーメータ６８０は、パラメータとしてΔＴの遅延が遅延要素６６０によって適用されたパワー特性６９０を生成することができる。検出されるパワーは、急峻なピークと低いノイズフロアによって特徴付けられる。これらの特性は、制限なしで、光検出と測距（ＬＩＤＡＲ）およびＣＤＭＡに基づく光学通信などの位相整合フィルタ６００を利用する実施形態の性能の改善をもたらすことが予想される。
【００４５】
図７は、光学局部発振器（ＬＯ）７１０を使用する位相整合フィルタ７００の実施形態を示す。ある場合には、さらなる信号処理のために、出力光学信号６７５のパワーを増加させること、または、出力光学信号６７５をダウンコンバートすることが望ましい場合がある。出力光学信号６７５およびＬＯ７１０は、４ポート光学カプラー７２０に入力される。カプラー７２０の出力は、平衡検波器７３０の入力に結合される。一実施形態では、ＬＯ７１０は、出力光学信号６７５と同じ周波数、たとえばωｃを有するように構成される。この場合、ＬＯ７１０は、出力光学信号６７５に建設的に干渉することができる。ＬＯ７１０のパワーを調整することによって、または、平衡検波器７３０の利得を増加させることによって、平衡検波器は、出力光学信号６７５の増幅バージョンである出力信号７４０を生成することができる。
【００４６】
別の実施形態では、出力光学信号６７５の周波数は、周波数ωＬＯ≠ωｃを有する信号を生成するようにＬＯ７１０を構成することによって偏移される。カプラー７２０は、その後、周波数がωＬＯ≠ωｃの混合生成物を生成する。差（低い）周波数出力が所望される場合、平衡検波器７３０は、出力信号７４０による出力のためにωＬＯ−ωｃの信号を選択するように構成されることができる。
【００４７】
ここで図８Ａに移動して、全体が８００で指定される方法が提供される。方法８００は、たとえば、位相整合光学フィルタを形成するために使用されることができる。方法８００は開始状態８０１で始まる。ステップ８１０にて、光路は、コヒーレント光学信号を受信するように構成される。ステップ８２０にて、第１の複数の電極は、コヒーレント信号に関して第１の複数の離散的位相偏移を生成するように適合される。位相偏移は、出力光学信号が、入力光学信号に対して複数の離散的位相偏移の和だけ位相偏移されるように適用されることができる。ステップ８３０にて、第１の位相シーケンス発生器は、コヒーレント光学信号に関して時間位相偏移パターンを生成するように第１の複数の電極を制御するように構成される。方法８００は終了状態８９９で終了する。
【００４８】
図８Ｂは、種々の実施形態で実施されることができる方法８００のさらなるステップを示す。ステップ８４０にて、第２の複数の電極は、コヒーレント信号に関して第２の複数の離散的位相偏移を生成するように構成される。任意選択で、第１の時間位相偏移パターンおよび第２の時間位相偏移パターンは、同じ時間位相偏移パターンである。ステップ８５０にて、第２の複数の離散的位相偏移は、第１の複数の位相偏移に対して遅延されるように構成される。第２の位相シーケンス発生器は、たとえば、第２の複数の電極を制御するために使用されることができる。ステップ８６０にて、第２の時間位相偏移パターンは、第１の時間位相偏移パターンに対して遅延時間ΔＴだけ遅延されるように構成される。任意選択で、遅延時間ΔＴは、第２の時間位相偏移パターンと第１の時間位相偏移パターンとの間に時間相関をもたらす値である。
【００４９】
本出願が関連する当業者は、他のまたさらなる追加、削除、置換、および変更が、述べた実施形態に対して行われることができることを認識するであろう。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
装置であって、
入力光学信号を伝搬するように構成された光路と、
前記入力光学信号に関して複数の離散的時間位相偏移を生成するように構成された複数の電極であって、それにより、出力光学信号が、前記複数の離散的時間位相偏移の和だけ前記入力光学信号に対して位相偏移される、複数の電極とを備え、少なくとも１つの時間位相偏移が別の時間位相偏移に対して遅延時間を有する装置。
【請求項２】
前記電極はそれぞれ、前記光路のそれぞれの複数の部分のうちの１つの部分に関連し、それぞれの光路部分は異なる長さを有する、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記複数の電極は、２ｎ個の異なる位相偏移値のうちの任意の位相偏移値だけ前記入力光学信号の位相を偏移させるように構成されたｎ個の電極を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記複数の電極は、前記和が約２πラジアンより小さい最大値を有するように構成される、請求項１、２、または３に記載の装置。
【請求項５】
フォトニック整合フィルタであって、
コヒーレント光信号を受取り、前記コヒーレント光信号に第１の時間位相偏移パターンを適用するように適合される第１の光学任意位相波形発生器と、
前記第１の光学任意位相波形発生器の出力信号を受信し、前記出力信号に第２の時間位相偏移パターンを適用するように構成可能な第２の光学任意位相波形発生器と、
前記第１の波形発生器の出力から前記第２の波形発生器の入力に前記コヒーレント光信号を伝搬させるように構成された伝搬経路とを備えるフォトニック整合フィルタ。
【請求項６】
前記第１および第２の時間位相偏移パターンは、位相偏移値の疑似ランダムシーケンスを含む、請求項５に記載のフォトニック整合フィルタ。
【請求項７】
前記第１および第２の光学任意位相波形発生器はそれぞれ、対応する複数の光路部分に関連する複数の電極を含み、それぞれの光路部分は、次の短い光路部分の光路部分長の約２倍程度である長さを有する、請求項５に記載のフォトニック整合フィルタ。
【請求項８】
方法であって、
コヒーレント光学信号を受信するように光路を構成するステップと、
前記コヒーレント信号に関して第１の複数の離散的位相偏移を生成するように第１の複数の電極を適合させるステップであって、それにより、出力光学信号が、前記複数の離散的位相偏移の和だけ前記入力光学信号に対して位相偏移される、適合させるステップと、
前記コヒーレント光学信号に関して第１の時間位相偏移パターンを生成するよう前記第１の複数の電極を制御するように第１の位相シーケンス発生器を構成するステップとを含む方法。
【請求項９】
前記コヒーレント光学信号に関して第２の複数の離散的位相偏移を生成するように構成された第２の複数の電極を設けるステップと、前記コヒーレント光学信号に関して第２の時間位相偏移パターンを生成するよう前記第２の複数の電極を制御するように第２の位相シーケンス発生器を構成するステップとをさらに含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記第２の時間位相偏移パターンは、前記第１の時間位相偏移パターンに対してある遅延時間だけ遅延され、前記遅延時間は、前記第２の時間位相偏移パターンと前記第１の時間位相偏移パターンとの間の時間相関をもたらす値である、請求項９に記載の方法。
【請求項１】
装置であって、
入力光学信号を伝搬するように構成された光路と、
前記入力光学信号に関して複数の離散的時間位相偏移を生成するように構成された複数の電極であって、それにより、出力光学信号が、前記複数の離散的時間位相偏移の和だけ前記入力光学信号に対して位相偏移される、複数の電極とを備え、少なくとも１つの時間位相偏移が別の時間位相偏移に対して遅延時間を有する装置。
【請求項２】
前記電極はそれぞれ、前記光路のそれぞれの複数の部分のうちの１つの部分に関連し、それぞれの光路部分は異なる長さを有する、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記複数の電極は、２ｎ個の異なる位相偏移値のうちの任意の位相偏移値だけ前記入力光学信号の位相を偏移させるように構成されたｎ個の電極を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記複数の電極は、前記和が約２πラジアンより小さい最大値を有するように構成される、請求項１、２、または３に記載の装置。
【請求項５】
フォトニック整合フィルタであって、
コヒーレント光信号を受取り、前記コヒーレント光信号に第１の時間位相偏移パターンを適用するように適合される第１の光学任意位相波形発生器と、
前記第１の光学任意位相波形発生器の出力信号を受信し、前記出力信号に第２の時間位相偏移パターンを適用するように構成可能な第２の光学任意位相波形発生器と、
前記第１の波形発生器の出力から前記第２の波形発生器の入力に前記コヒーレント光信号を伝搬させるように構成された伝搬経路とを備えるフォトニック整合フィルタ。
【請求項６】
前記第１および第２の時間位相偏移パターンは、位相偏移値の疑似ランダムシーケンスを含む、請求項５に記載のフォトニック整合フィルタ。
【請求項７】
前記第１および第２の光学任意位相波形発生器はそれぞれ、対応する複数の光路部分に関連する複数の電極を含み、それぞれの光路部分は、次の短い光路部分の光路部分長の約２倍程度である長さを有する、請求項５に記載のフォトニック整合フィルタ。
【請求項８】
方法であって、
コヒーレント光学信号を受信するように光路を構成するステップと、
前記コヒーレント信号に関して第１の複数の離散的位相偏移を生成するように第１の複数の電極を適合させるステップであって、それにより、出力光学信号が、前記複数の離散的位相偏移の和だけ前記入力光学信号に対して位相偏移される、適合させるステップと、
前記コヒーレント光学信号に関して第１の時間位相偏移パターンを生成するよう前記第１の複数の電極を制御するように第１の位相シーケンス発生器を構成するステップとを含む方法。
【請求項９】
前記コヒーレント光学信号に関して第２の複数の離散的位相偏移を生成するように構成された第２の複数の電極を設けるステップと、前記コヒーレント光学信号に関して第２の時間位相偏移パターンを生成するよう前記第２の複数の電極を制御するように第２の位相シーケンス発生器を構成するステップとをさらに含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記第２の時間位相偏移パターンは、前記第１の時間位相偏移パターンに対してある遅延時間だけ遅延され、前記遅延時間は、前記第２の時間位相偏移パターンと前記第１の時間位相偏移パターンとの間の時間相関をもたらす値である、請求項９に記載の方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【公表番号】特表２０１３−５１４５４８（Ｐ２０１３−５１４５４８Ａ）
【公表日】平成２５年４月２５日（２０１３．４．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５４４５７０（Ｐ２０１２−５４４５７０）
【出願日】平成２２年１１月３０日（２０１０．１１．３０）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０５８２９１
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０７５３０４
【国際公開日】平成２３年６月２３日（２０１１．６．２３）
【出願人】（３９１０３０３３２）アルカテル−ルーセント (1,149)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２５年４月２５日（２０１３．４．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月３０日（２０１０．１１．３０）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０５８２９１
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０７５３０４
【国際公開日】平成２３年６月２３日（２０１１．６．２３）
【出願人】（３９１０３０３３２）アルカテル−ルーセント (1,149)
【Ｆターム（参考）】
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