特許 7457115 リモートノードとの光通信の装置及び方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-03-18

(45)【発行日】2024-03-27

(54)【発明の名称】リモートノードとの光通信の装置及び方法

(51)【国際特許分類】

   H04B 10/112 20130101AFI20240319BHJP

   H04B 10/073 20130101ALI20240319BHJP

   H04B 10/075 20130101ALI20240319BHJP

   H04B 10/61 20130101ALI20240319BHJP

【ＦＩ】

H04B10/112

H04B10/073

H04B10/075

H04B10/61

【請求項の数】 36

(21)【出願番号】P 2022527946

(86)(22)【出願日】2020-11-09

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2023-02-01

(86)【国際出願番号】 US2020059622

(87)【国際公開番号】W WO2021096789

(87)【国際公開日】2021-05-20

【審査請求日】2022-05-30

(31)【優先権主張番号】62/935,471

(32)【優先日】2019-11-14

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】519350591

【氏名又は名称】アナログ フォトニクス エルエルシー

(74)【代理人】

【識別番号】100083806

【弁理士】

【氏名又は名称】三好 秀和

(74)【代理人】

【識別番号】100095500

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 正和

(74)【代理人】

【識別番号】100111235

【弁理士】

【氏名又は名称】原 裕子

(74)【代理人】

【識別番号】100195257

【弁理士】

【氏名又は名称】大渕 一志

(72)【発明者】

【氏名】ホセイニ、 エーサン シャー

(72)【発明者】

【氏名】ワッツ、 マイケル ロバート

【審査官】鴨川 学

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０１７／０３４６５６５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１８／０９５７５１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開昭６２－１９５９４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－２６１９９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００６／００７６４７３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１８／００５２３７８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１８／０２６７２５０（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０４Ｂ １０／１１２

Ｈ０４Ｂ １０／０７３

Ｈ０４Ｂ １０／０７５

Ｈ０４Ｂ １０／６１

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

リモートノードとの光通信の装置であって、
前記リモートノードから少なくとも一つの光ビームの少なくとも一部分を受信するべく構成される受信器モジュールと、
前記リモートノードに少なくとも一つの光ビームを送信するべく構成される送信器モジュールと
を含み、
前記受信器モジュールは、
少なくとも一アレイの光検出器モジュールと、
前記少なくとも一アレイの光検出器モジュールを制御して前記少なくとも一アレイの光検出器モジュールのうち一以上からの一以上の信号に基づいて強度情報を与えるべく構成される回路と、
光を（１）前記少なくとも一アレイの光検出器モジュールに、又は（２）前記少なくとも一アレイの光検出モジュールに近接するマイクロレンズアレイに、近接するように合焦させるべく構成される少なくとも一つのレンズと
を含み、
前記少なくとも一アレイの光検出器モジュールは、前記少なくとも一つのレンズの焦点面と正確には一致せず、
前記マイクロレンズアレイは、前記少なくとも一つのレンズの焦点面と正確には一致せず、
前記送信器モジュールは、
前記リモートノードに送信される光ビームを与える少なくとも一つの光フェーズドアレイと、
前記リモートノードから前記強度情報を受信し、前記リモートノードから受信した前記強度情報に基づいて前記リモートノードに送信される光ビームを操舵するように前記光フェーズドアレイを制御するべく構成される回路と
を含む、装置。

【請求項2】

前記少なくとも一アレイの光検出器モジュールは２次元アレイのフォトダイオードを含み、
各フォトダイオードは、対応する光電流を、対応する増幅器に与える、請求項１の装置。

【請求項3】

前記フォトダイオードはアバランシェフォトダイオードを含み、前記増幅器はトランスインピーダンス増幅器を含む、請求項２の装置。

【請求項4】

前記受信器モジュールの前記回路は、前記対応する増幅器における前記光電流をしきい値と比較することに少なくとも部分的に基づいてパワー供給される増幅器のすべてよりは少ないサブセットを決定するように構成される、請求項２の装置。

【請求項5】

前記受信器モジュールの前記回路は、前記光ビームの少なくとも一部分を受信している前記フォトダイオードの第１サブセットと、他の光ビームの少なくとも一部分を受信している前記フォトダイオードの第２サブセットとを決定するように構成される、請求項２の装置。

【請求項6】

前記受信器モジュールはさらに、前記光ビームをコヒーレントに受信するためのコヒーレントローカル振動子ビームを与える光源を含む、請求項１の装置。

【請求項7】

前記光源は、複数の光ビームを同時にコヒーレントに受信するための複数のコヒーレントローカル振動子ビームを与える、請求項６の装置。

【請求項8】

前記リモートノードからの前記強度情報は、前記リモートノードとの自由空間光通信リンクとは別個のサイドチャネルネットワークを経由して前記送信器モジュールの前記回路によって、少なくとも前記自由空間光通信リンクのセットアップ中に受信される、請求項１の装置。

【請求項9】

前記リモートノードからの付加的な強度情報が、前記自由空間光通信リンクのセットアップ後に前記自由空間光通信リンクを経由して、前記光フェーズドアレイを制御する前記送信器モジュールの前記回路によって受信される、請求項８の装置。

【請求項10】

前記少なくとも一つのレンズは、光を前記少なくとも一アレイの光検出器モジュールに近接するように合焦させるべく構成される、請求項１の装置。

【請求項11】

前記少なくとも一つのレンズは、光を前記マイクロレンズアレイに近接するように合焦させるべく構成される、請求項１の装置。

【請求項12】

前記マイクロレンズアレイと前記少なくとも一つのレンズとの間の距離は、前記少なくとも一つのレンズの焦点距離よりも少なくとも５％だけ大きいか又は小さい、請求項１１の装置。

【請求項13】

（１）前記少なくとも一アレイの光検出器モジュールと前記少なくとも一つのレンズとの間の距離は、前記少なくとも一つのレンズの焦点距離よりも少なくとも５％だけ大きいか又は小さく、又は（２）前記マイクロレンズアレイと前記少なくとも一つのレンズとの間の距離は、前記少なくとも一つのレンズの焦点距離よりも少なくとも５％だけ大きいか又は小さい、請求項１の装置。

【請求項14】

前記少なくとも一アレイの光検出器モジュールと前記少なくとも一つのレンズとの間の距離は、前記少なくとも一つのレンズの焦点距離よりも少なくとも５％だけ大きいか又は小さい、請求項１０の装置。

【請求項15】

前記少なくとも一アレイの光検出器モジュールは、光集積回路に一アレイの光検出器を含む、請求項１の装置。

【請求項16】

前記光フェーズドアレイは、２次元アレイの光エミッタを含み、
各光エミッタは対応する光フェーズシフタに結合され、
前記光フェーズシフタに適用される移相信号はそれぞれが、少なくとも第１平面内で前記リモートノードに送信される前記光ビームの伝搬軸の操舵を制御する、請求項１の装置。

【請求項17】

前記光フェーズシフタに適用される移相信号はそれぞれが、前記第１平面に直交する第２平面内で前記リモートノードに送信される前記光ビームの伝搬軸の操舵を制御する、請求項１６の装置。

【請求項18】

前記光エミッタから放出される光波の波長チューニングにより、前記第１平面に直交する第２平面内で前記リモートノードに送信される光ビームの伝搬軸の操舵が制御される、請求項１６の装置。

【請求項19】

リモートノードとの光通信の方法であって、
送信器モジュールが前記リモートノードに少なくとも一つの光ビームを送信することと、
受信器モジュールが前記リモートノードから少なくとも一つの光ビームの少なくとも一部分を受信することと、
前記受信器モジュールが、前記リモートノードから受信される光ビームの前記一部分を検出する一アレイの光検出モジュールにおける一以上の光検出器モジュールからの一以上の信号に基づいて強度情報を与えることと、
前記受信器モジュールが、光を一のレンズによって（１）前記少なくとも一アレイの光検出器モジュールに、又は（２）前記少なくとも一アレイの光検出モジュールに近接するマイクロレンズアレイに、近接するように合焦させることと、
前記送信器モジュールが、前記リモートノードから受信される前記強度情報に基づいて前記リモートノードに送信される光ビームを操舵するように少なくとも一つの光フェーズドアレイを制御することと
を含み、
前記少なくとも一アレイの光検出器モジュールは、前記一のレンズの焦点面と正確には一致せず、
前記マイクロレンズアレイは、前記一のレンズの焦点面と正確には一致しない、方法。

【請求項20】

前記リモートノードからの前記強度情報は、前記リモートノードとの自由空間光通信リンクとは別個のサイドチャネルネットワークを経由して前記送信器モジュールによって、少なくとも前記自由空間光通信リンクのセットアップ中に受信される、請求項１９の方法。

【請求項21】

リモートノードとの光通信の装置であって、
前記リモートノードから少なくとも一つの光ビームの少なくとも一部分を受信するべく構成される受信器モジュールと、
前記リモートノードに少なくとも一つの光ビームを送信するべく構成される送信器モジュールと
を含み、
前記受信器モジュールは、
少なくとも一アレイの光検出器モジュールと、
前記少なくとも一アレイの光検出器モジュールに近接するマイクロレンズアレイと、
光を前記マイクロレンズアレイに近接するように合焦させるべく構成される少なくとも一つのレンズと、
前記少なくとも一アレイの光検出器モジュールを制御して前記少なくとも一アレイの光検出器モジュールのうち一以上からの一以上の信号に基づいて強度情報を与えるべく構成される回路と
を含み、
前記送信器モジュールは、
前記リモートノードに送信される光ビームを与える少なくとも一つの光フェーズドアレイと、
前記リモートノードから前記強度情報を受信し、前記リモートノードから受信した前記強度情報に基づいて前記リモートノードに送信される光ビームを操舵するように前記光フェーズドアレイを制御するべく構成される回路と
を含む、装置。

【請求項22】

前記少なくとも一アレイの光検出器モジュールは２次元アレイのフォトダイオードを含み、
各フォトダイオードは、対応する光電流を、対応する増幅器に与える、請求項２１の装置。

【請求項23】

前記フォトダイオードはアバランシェフォトダイオードを含み、前記増幅器はトランスインピーダンス増幅器を含む、請求項２２の装置。

【請求項24】

前記受信器モジュールの前記回路は、前記対応する増幅器における前記光電流をしきい値と比較することに少なくとも部分的に基づいてパワー供給される増幅器のすべてよりは少ないサブセットを決定するように構成される、請求項２２の装置。

【請求項25】

前記受信器モジュールの前記回路は、前記光ビームの少なくとも一部分を受信している前記フォトダイオードの第１サブセットと、他の光ビームの少なくとも一部分を受信している前記フォトダイオードの第２サブセットとを決定するように構成される、請求項２２の装置。

【請求項26】

前記受信器モジュールはさらに、前記光ビームをコヒーレントに受信するためのコヒーレントローカル振動子ビームを与える光源を含む、請求項２１の装置。

【請求項27】

前記光源は、複数の光ビームを同時にコヒーレントに受信するための複数のコヒーレントローカル振動子ビームを与える、請求項２６の装置。

【請求項28】

前記リモートノードからの前記強度情報は、前記リモートノードとの自由空間光通信リンクとは別個のサイドチャネルネットワークを経由して前記送信器モジュールの前記回路によって、少なくとも前記自由空間光通信リンクのセットアップ中に受信される、請求項２１の装置。

【請求項29】

前記リモートノードからの付加的な強度情報が、前記自由空間光通信リンクのセットアップ後に前記自由空間光通信リンクを経由して、前記光フェーズドアレイを制御する前記送信器モジュールの前記回路によって受信される、請求項２８の装置。

【請求項30】

前記マイクロレンズアレイと前記少なくとも一つのレンズとの間の距離は、前記少なくとも一つのレンズの焦点距離よりも少なくとも５％だけ大きいか又は小さい、請求項２１の装置。

【請求項31】

前記少なくとも一アレイの光検出器モジュールは、光集積回路に一アレイの光検出器を含む、請求項２１の装置。

【請求項32】

前記光フェーズドアレイは、２次元アレイの光エミッタを含み、
各光エミッタは対応する光フェーズシフタに結合され、
前記光フェーズシフタに適用される移相信号はそれぞれが、少なくとも第１平面内で前記リモートノードに送信される前記光ビームの伝搬軸の操舵を制御する、請求項２１の装置。

【請求項33】

前記光フェーズシフタに適用される移相信号はそれぞれが、前記第１平面に直交する第２平面内で前記リモートノードに送信される前記光ビームの伝搬軸の操舵を制御する、請求項３２の装置。

【請求項34】

前記光エミッタから放出される光波の波長チューニングにより、前記第１平面に直交する第２平面内で前記リモートノードに送信される光ビームの伝搬軸の操舵が制御される、請求項３２の装置。

【請求項35】

リモートノードとの光通信の方法であって、
送信器モジュールが前記リモートノードに少なくとも一つの光ビームを送信することと、
受信器モジュールが前記リモートノードから少なくとも一つの光ビームの少なくとも一部分を受信することと、
前記受信器モジュールが、前記リモートノードから受信される光ビームの前記一部分を検出する一アレイの光検出モジュールにおける一以上の光検出器モジュールからの一以上の信号に基づいて強度情報を与えることと、
前記受信器モジュールが、前記光ビームの光を前記一アレイの光検出モジュールに近接するマイクロレンズアレイによって合焦させることと、
前記受信器モジュールが、前記光ビームの光を前記マイクロレンズアレイに近接する少なくとも一つのレンズによって合焦させることと、
前記送信器モジュールが、前記リモートノードから受信される前記強度情報に基づいて前記リモートノードに送信される光ビームを操舵するように少なくとも一つの光フェーズドアレイを制御することと
を含む、方法。

【請求項36】

前記リモートノードからの前記強度情報は、前記リモートノードとの自由空間光通信リンクとは別個のサイドチャネルネットワークを経由して前記送信器モジュールによって、少なくとも前記自由空間光通信リンクのセットアップ中に受信される、請求項３５の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

関連出願の相互参照
本願は、２０１９年１１月１４日に出願された「アレイベースの自由空間光通信リンク」との名称の米国仮出願第６２／９３５，４７１号の優先権及び利益を主張する。

【0002】

本開示は、アレイベースの自由空間光通信リンクに関する。

【背景技術】

【0003】

いくつかの自由空間光（Ｆｒｅｅ－Ｓｐａｃｅ Ｏｐｔｉｃａｌ（ＦＳＯ））通信リンクが、２地点間通信のために配列される光学素子とともに動作する。例えば、２地点間通信リンクを経由して互いに通信している２つのノードそれぞれが、一方のノードの送信開口から他方のノードの受信開口までそれぞれの光ビームを向けるための比較的大きなレンズを含む望遠鏡配列を使用する。かかるＦＳＯ通信リンクは潜在的に、ミスアラインメント、振動、及びシンチレーションのような障害に対して敏感である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】米国特許出願公開第２０１８／０１２０４４０号明細書

【文献】米国特許出願公開第２０１８／０２６７２５０号明細書

【文献】米国特許出願公開第２００６／００７６４７３号明細書

【文献】米国特許出願公開第２０１６／０３０９０６５号明細書

【文献】米国特許出願公開第２００４／００３３００４号明細書

【発明の概要】

【0005】

一側面において、一般に、リモートノードとの光通信のための装置が、当該リモートノードからの少なくとも一つの光ビームの少なくとも一部分を受信するべく構成される受信器モジュールと、少なくとも一つの光ビームを当該リモートノードに送信するべく構成される送信器モジュールとを含み、当該受信器モジュールは、少なくとも一アレイの光検出器モジュールと、当該光検出器モジュールの一つ以上からの一つ以上の信号に基づいて当該光検出器モジュールを制御して強度情報を与えるべく構成される回路とを含み、当該送信器モジュールは、当該リモートノードに送信される光ビームを与える少なくとも一つの光フェーズドアレイと、当該リモートノードに送信される光ビームを操舵するべく当該光フェーズドアレイを制御するために当該リモートノードから強度情報を受信するように構成される回路とを含む。

【0006】

他側面において、一般に、リモートノードとの光通信のための方法が、少なくとも一つの光ビームを当該リモートノードに送信することと、当該リモートノードから少なくとも一つの光ビームの少なくとも一部分を受信することと、当該リモートノードから受信される光ビームの当該一部分を検出する一アレイの光検出器モジュールにおける一つ以上の光検出器モジュールからの一つ以上の信号に基づいて強度情報を与えることと、当該リモートノードから受信される当該強度情報に基づいて当該リモートノードに送信される光ビームを操舵するべく少なくとも一つの光フェーズドアレイを制御することとを含む。

【0007】

複数の側面が、以下の特徴の一つ以上を含み得る。

【0008】

一アレイの光検出器モジュールは、２次元アレイのフォトダイオードを含み、各フォトダイオードはその光電流を対応する増幅器へと与える。

【0009】

フォトダイオードはアバランシェフォトダイオードを含み、増幅器はトランスインピーダンス増幅器を含む。

【0010】

受信器モジュールの回路は、対応する増幅器における光電流をしきい値と比較することに少なくとも部分的に基づいてパワー供給される増幅器のすべてよりは少ないサブセットを決定するように構成される。

【0011】

受信器モジュールの回路は、当該光ビームの少なくとも一部分を受信しているフォトダイオードの第１サブセットと、他の光ビームの少なくとも一部分を受信しているフォトダイオードの第２サブセットとを決定するように構成される。

【0012】

受信器モジュールはさらに、光ビームをコヒーレントに受信するためのコヒーレントローカル振動子ビームを与える光源を含む。

【0013】

光源は、多数の光ビームを同時にコヒーレントに受信するための多数のコヒーレントローカル振動子ビームを与える。

【0014】

リモートノードからの強度情報は、当該リモートノードとの自由空間光通信リンクとは別個のサイドチャネルネットワークを経由して送信器モジュールの回路によって、少なくとも当該自由空間光通信リンクのセットアップ中に受信される。

【0015】

リモートノードからの付加的な強度情報が、自由空間光通信リンクのセットアップ後に当該自由空間光通信リンクを経由して、光フェーズドアレイを制御する送信器モジュールの回路によって受信される。

【0016】

受信器モジュールはさらに、一アレイの光検出器モジュールに近接するマイクロレンズアレイを含む。

【0017】

受信器モジュールはさらに、光をマイクロレンズアレイに近接するように合焦させるべく構成される少なくとも一つのレンズを含む。

【0018】

マイクロレンズアレイと当該レンズとの間の距離は、レンズの焦点距離よりも少なくとも５％だけ大きいか又は小さい。

【0019】

受信器モジュールはさらに、光を一アレイの光検出器モジュールに近接するように合焦させるべく構成される少なくとも一つのレンズを含む。

【0020】

一アレイの光検出器モジュールと当該レンズとの間の距離は、レンズの焦点距離よりも少なくとも５％だけ大きいか又は小さい。

【0021】

一アレイの光検出器モジュールは、光集積回路に一アレイの光検出器を含む。

【0022】

光フェーズドアレイは、２次元アレイの光エミッタを含み、各光エミッタは対応する光フェーズシフタに結合され、光フェーズシフタに適用される移相信号はそれぞれが、少なくとも第１平面内でリモートノードに送信される光ビームの伝搬軸の操舵を制御する。

【0023】

光フェーズシフタに適用される移相信号はそれぞれが、第１平面に直交する第２平面内でリモートノードに送信される光ビームの伝搬軸の操舵を制御する。

【0024】

光エミッタから放出される光波の波長チューニングにより、第１平面に直交する第２平面内でリモートノードに送信される光ビームの伝搬軸の操舵が制御される。

【0025】

複数の側面が、以下の利点のうち一つ以上を有し得る。

【0026】

ここに記載される通信システムのいくつかの実装例において、送信器モジュールは、送信開口からの光を動的に操舵することができ、受信器モジュールは、受信開口からの光を収集して、当該リンクを経由して通信されるデータと動的操舵のために使用される強度情報とを回復させることができる。いくつかの実装例において、送信器モジュールは、動的操舵のために光フェーズドアレイ（ＯＰＡ）（例えば光チップに集積されるＯＰＡ）を使用し、受信器モジュールは高速検出器アレイシステムを使用する。かかる動的なアラインメントは、例えば、ミスアラインメント、振動、及びシンチレーションのような潜在的な障害のいくつかに対して鈍感な高速光通信システムを与えるのに有用となり得る。いくつかの実装例において、システムの複数部分が、動く送信器（Ｔｘ）及び受信器（Ｒｘ）プラットフォーム上に取り付けられる。これにより、システムの動的アラインメントがさらに容易になる。

【0027】

以下の記載から、並びに図面及び特許請求の範囲から、他の特徴及び利点が明らかになる。

【図面の簡単な説明】

【0028】

本開示は、添付図面と併せて読むと、以下の詳細な説明から最もよく理解される。一般的な慣行により図面の様々な特徴が縮尺通りではないことが強調される。逆に、様々な特徴部の寸法は、わかりやすくするべく任意に拡大又は縮小される。

【0029】

【図1A】例示的な通信システムの模式図である。

【図1B】代替的な通信ノードの模式図である。

【図1C】代替的な通信ノードの模式図である。

【図1D】代替的な通信ノードの模式図である。

【図1E】代替的な通信ノードの模式図である。

【図2】例示的なビーム操舵配列の模式図である。

【図3A】ビーム操舵配列の例の模式図である。

【図3B】ビーム操舵配列の例の模式図である。

【図4A】マイクロレンズエミッタ配列の側面視の模式図である。

【図4B】マイクロレンズエミッタ配列の平面視の模式図である。

【図5】レンズのための光学的幾何形状の模式図である。

【図6】光受信配列の模式図である。

【図7】光受信配列の模式図である。

【図8】光受信配列の模式図である。

【図9】光受信配列の模式図である。

【図10】光受信配列の模式図である。

【図11A】光受信配列の模式図である。

【図11B】光受信配列の模式図である。

【図12】検出器アレイにおける受信された強度パターンの図である。

【図13】マルチビームＦＳＯ通信システムの模式図である。

【図14A-14D】図１４Ａ～１４Ｄは、メッシュネットワーク構成の模式図である。

【図15A】コヒーレント検出構成の模式図である。

【図15B】コヒーレント検出構成の模式図である。

【図16】コヒーレント検出構成の模式図である。

【図17】マルチチャネルコヒーレントＦＳＯ通信システムの模式図である。

【図18】例示的な検出配列の模式図である。

【図19】例示的な読み出し回路の回路図である。

【図20】例示的な検出器モジュール幾何学形状の模式図である。

【図21】例示的な検出器モジュール回路の模式図である。

【図22】例示的な検出器アレイ配列の図である。

【図23】例示的な検出器アレイ配列の模式図である。

【図24】異なる受信ビームのための光強度パターンの一例の模式図である。

【図25】例示的なＦＳＯ通信システムの模式図である。

【図26】動的ビーム操舵のための例示的な配列の模式図である。

【図27A-27B】図２７Ａ及び２７Ｂは、例示的な検出配列の模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0030】

図１Ａを参照すると、例示的な通信システムが、高速ＦＳＯ双方向性通信リンク（又は単に「ＦＳＯリンク」）を経由して通信するように構成されるローカルノード１００Ａ及びリモートノード１００Ｂを含む。ＦＳＯリンクは、通信ノード１００Ａと通信ノード１００Ｂとの間で双方向に伝送される光ビームを使用する。さらに、サイドチャネル双方向性通信リンク（又は単に「サイドチャネルリンク」）も存在する。サイドチャネルリンクは、いくつかの実装例において、以下に詳述されるように初期アラインメント及び／又は進行中の動的アラインメントを目的として使用される。サイドチャネルリンクは、特に高速である必要はない（例えばＦＳＯリンクと比べて一桁以上遅い）が、相対的に低いレイテンシを与えることができる。例えば、サイドチャネルネットワーク１０１は、ノード１００Ａ及び１００Ｂに特化される２地点間ネットワークを含む様々なタイプのネットワークのいずれかとしてよく、有線媒体（例えば同軸ケーブル）、無線周波数（ＲＦ）リンクのような無線媒体、及び／又は光媒体（例えば光ファイバ）のような様々な通信媒体のいずれかを使用することができる。

【0031】

この例において、ローカルノード１００Ａは、出射ビーム１０２Ａを与えかつ入射ビーム１０４Ａを受信することができる。出射ビーム１０２Ａは、リモートノード１００Ｂの方向の立体角にわたって操舵することができる。ビーム操舵器１０６は、以下に詳述される光フェーズドアレイを含む出射ビーム１０２Ａを操舵する様々な技法のいずれかを使用するように構成することができる。ローカルノード１００Ａはまた、入射データストリーム１０８からのデータを変調して出射ビーム１０２Ａにするように構成される。着信強度フィードバックポート１１０が、リモートノード１０２Ｂによりサイドチャネルネットワーク１０１を経由して送信された強度情報を与える。サイドチャネルネットワーク１０１は、出射ビーム１０２Ａを操舵するべくビーム操舵器１０６によって使用される。ローカルノード１００Ａはまた検出器アレイ１１２も含む。検出器アレイ１１２は、近接して配置された光検出器モジュールの分布を含む。これらの光検出器モジュールの検出信号は、検出エリアの個々のピクセルを代表する。検出器アレイ１１２、ビーム操舵器１０６、及びノード１００Ａにおける他のコンポーネントは、例えばプラットフォーム又は他の剛性構造物によって支持され得る。いくつかの実装例において、リモートノード１００Ｂは、ローカルノード１００Ａと同じコンポーネントを含む。いくつかの構成手順及びアラインメント手順が、ローカルノード１００Ａの文脈で記載されるが、実質的に同じ手順もまたリモートノード１００Ｂにおいて行うことができる。

【0032】

一般に、入射ビーム１０４Ａは、一定数のピクセルにわたって広がる入射光強度プロファイルを有する。ローカルノード１０２Ａは、検出器アレイ１１２の光検出器モジュールを制御するように構成される回路を含み、これにより、リモートノード１００Ｂへの伝送のために出射強度フィードバックポート１１６からの強度情報を与えることができる。一ノードにおける光検出器モジュールからの強度情報に基づく信号が、大気効果（例えばノード間の空気における乱流に起因する強度シンチレーション）及び／又はノードの一方若しくは双方の動きに起因する複数ピクセルにわたる強度プロファイルのドリフトを補償するべくビームの動的操舵を案内することを目的として、他ノードへと送られる。検出中にどの光検出器モジュールを同時にアクティブにするかを制御することによってパワーを節約することもできる。例えば、一の光検出器モジュールが、２次元アレイのフォトダイオード（例えばアバランシェフォトダイオード）を含み、各フォトダイオードは、その光電流を対応する増幅器（例えばトランスインピーダンス増幅器）へと与える。増幅器は、フォトダイオードの出力がしきい値を上回っているか否かに基づいてパワーを節約するべく適宜オン又はオフにすることができる。

【0033】

ノード１００Ａ及び１００Ｂ間のＦＳＯリンクが初期にセットアップされるとき、粗いアラインメントフェーズ及び細かいアラインメントフェーズを含む初期アラインメント手順が存在する。粗いアラインメントフェーズ中、出射ビーム１０２Ａは、所定の位置情報（例えばＧＰＳ座標軸又は他の絶対座標若しくは相対座標）に従って、リモートノード１００Ｂに向けられていると想定されるおおよその方向に向けられる。粗いアラインメントフェーズはオプションとして、ローカルノード１００Ａにおける望遠鏡からの情報を使用して及び／又はリモートノード１００Ｂに存在する若しくは近接して存在する再帰反射器からの情報を使用して近似的に操舵することも含み得る。出射ビーム１０２Ａが、ノード１００Ａ及び１００Ｂ間で使用されていた従前のＦＳＯリンクからすでに近似的に整合されていれば、粗いアラインメントフェーズを必要としない通信セッションもあり得る。

【0034】

出射ビーム１０２Ａが入射ビーム１０４Ｂとしてリモートノード１００Ｂに到達するとき、入射ビーム１０４Ｂがリモートノード１００Ｂの検出器アレイに対して適切に配置されることを保証するべく、細かいアラインメントフェーズを使用することができる。いくつかの場合、入射ビーム１０４Ｂは、例えば、大気伝搬による吸収若しくは他の障害ゆえに、又はビームの広がりゆえに、出射ビーム１０４Ａからのパワーの一部のみを表し得る。細かいアラインメントフェーズの一部として、リモートノード１００Ｂにおいて強度情報をキャプチャし、サイドチャネルネットワーク１０１を経由して強度フィードバックポート１１０に与えることができる。強度情報は、入射ビーム１０４Ｂのパワーのうちどれほどがリモートノード１００Ｂの検出器アレイにける光検出器モジュールによって検出されているのかを示す信号品質尺度を含み得る。

【0035】

ＦＳＯリンクが動作可能になった後、進行中の動的アラインメントも存在し得る。この動的アラインメントは、リモートノード１００Ｂからのフィードバックとして使用される強度情報に基づいて出射ビーム１０２Ａを操舵し続けるように使用される。例えば、ビームの伝搬方向に影響を与える変化中の大気条件に対する調整のために操舵が必要となる。いくつかの実装例において、ＦＳＯリンクが動作可能となった後、双方向のビームの動的アラインメントのために当該ノード間で強度情報を送信するサイドチャネルネットワーク１０１を使用する代わりに、強度情報は、双方向のデータ通信ストリーム内に埋め込まれた情報として（例えば時間領域又は周波数領域の多重化を使用して）送信され得る。

【0036】

図１Ｂ～図１Ｅは、通信ノードの代替的な実装の例を示す。図１Ｂを参照すると、ノード１００Ｃが、ビームの発散を制限するレンズ１２０又は他のビーム形成光学素子を含む。当該光学素子によって確実に、リモートノードにおいて入射ビームが相対的に良好に合焦されたままとすることができる。図１Ｃを参照すると、ノード１００Ｄが、レンズ開口全体から光を収集するレンズ１２２又は他のビーム形成光学素子を含む。当該光学素子によって、入射ビーム１０４Ａの少なくとも一部分が、検出器アレイ１１２の一部分に（例えば一つ又は相対的に少数のピクセルに）合焦される。図１Ｄの例において、ノード１００Ｅが、送信器側レンズ１２０及び受信器側レンズ１２２の双方を含む。送信器側レンズがないノード１００Ｃに対しては、いくつかの実装例において、大きな視野を達成することができる。受信器側レンズがないノード１００Ｂに対しては、いくつかの実装例において、アラインメント誤差に対して低い感受性を達成することができる。

【0037】

図１Ｅを参照すると、検出器アレイ１１２を、受信器側レンズ１２２に関連付けられる焦点面と正確には一致するわけではない距離に配置することができる。例えば、（例えば相対的に長い距離にわたる伝搬を目的として）実質的にコリメートされた光ビームに対しては、受信器側レンズ１２２の後の最も狭いスポットサイズは、レンズ１２２の焦点距離に近くなる。焦点距離よりも遠い（又は焦点距離よりも近い）距離にある検出器アレイ１１２は、検出器アレイ１１２に完全に合焦されるわけではないビームをもたらす。このことは、以下に詳述されるように、いくつかの実装例において利益となり得る。焦点ぼけの程度は変わり得るが、いくつかの実装例において、レンズ１２２と検出器アレイ１１２との間の距離は、焦点距離よりも少なくとも約５％以上、又は少なくとも約１０％以上だけ大きく又は小さくなる。

【0038】

図２を参照すると、ビーム操舵配列２００の一例がチューニング可能レーザ２０２を含む。チューニング可能レーザ２０２は、入射データストリームからのデータにより（例えば異なる強度レベルにマッピングされた二進データ記号により）、（例えば強度変調を使用して）変調され得る。光はその後、分割器２０４のネットワークによって、フェーズシフタ２０６のアレイ及び光エミッタ２０８のアレイへと分散される。この光フェーズドアレイが、波長及び位相を使用して２つの角度次元において操舵され得る。チューニング可能レーザ２０２は、その波長（又はその周波数）が、立体角の一の角度寸法にわたって操舵されるようにチューニングされ、フェーズシフタ２０６は、その相対位相シフトが、当該立体核の他の角度寸法にわたって操舵されるようにチューニングされる。

【0039】

図３Ａ及び図３Ｂを参照すると、ビーム操舵配列の他例が、双方の角度寸法にわたる位相を使用して操舵され得る二次元光フェーズドアレイを使用する。図３Ａは、矩形状面積にわたって分散された光エミッタ３０２を含む配列３００Ａを示す。ここで光は、複数のエミッタ３０２のそれぞれに結合されたフェーズシフタ３０４に分散されている。この例において、光は、「Ｈツリー」形状の分割器ネットワークを使用してエミッタ３０２まで送達される。この位相制御はまた、少数の入力／出力（Ｉ／Ｏ）制御を可能にするサブフェーズドアレイ形式でも行うことができる。これは、参照によりここに組み入れられる米国特許第１０，６１３，４１０号明細書に詳細が記載される。

【0040】

配列３００Ａにおいて遭遇し得る潜在的な問題点は、エミッタ３０２が、その最も近くの隣接エミッタから、アレイエミッションパターンにサイドローブをもたらすであろう特定のサブ波長ピッチ（例えば動作波長の半分）よりも大きな間隔を有し得るということである。サイドローブの影響を緩和する（例えばサイドローブへと放出されるパワーの量を低減する）一つの方法は、個々のエミッタに関連付けられる素子ファクタの指向性を大きくすることである。例えば、図３Ｂは、マイクロレンズアレイ３０６をエミッタ３０２に近接するように配置することによって個々のエミッタの指向性を大きくする一つの方法を示す。これにより、マイクロレンズアレイ３０６における複数のレンズは、エミッタ３０２のピッチに近似する間隔に存在するようになる。いくつかの実装例において、レンズの中心が、エミッタの位置に実質的に一致するように細かくチューニングされ得る。

【0041】

図４は、光エミッタ４０２の上に配置され得るマイクロレンズ４００の一例の側面図を示す。この例において、マイクロレンズ４００は、屈折率１．４４のガラス基板に形成され、直径が近似的に９５μｍ、曲率半径が近似的に１２０μｍ、開口数（Ｎ）がほぼ０．２である。近似的に２４０μｍの作動距離が、マイクロレンズ４００とシリコン導波路エミッタ４０４との間に存在する。エミッタ４０４は、シリコン・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）プラットフォームを使用して作製されたシリコン基板４０８上の酸化物クラッディング４０６に埋め込まれた格子構造を有する導波路として実装することができる。図４Ｂは、各光エミッタ４０２の上に配置されたマイクロレンズアレイ内のマイクロレンズ４００の配列４１０の平面図を示す。

【0042】

図５は、マイクロレンズアレイ内のマイクロレンズとして使用されるレンズ５００の一例と、サイドモード抑制を与えるべく放出／収集デバイスを指向性にすることに関与して得られる光学的幾何学とを示す。この例において、レンズ５００は、ほぼ２００μｍの焦点距離を有し、焦点面において得られる合焦スポットサイズはほぼ８μｍと想定される。動眼視野角はほぼ１．５度である。レンズのサイズ（及び得られる開口数）が増加するにつれて指向性も高くなる。

【0043】

図６を参照すると、受信器側レンズを光受信配列に含めることにより潜在的に、例えば一つのみの受信器（例えば光検出器）が使用される場合に視野（又は「動眼視野」若しくは「収集円錐」）がもたらされ得る。しかしながら、視野は、焦点面にわたって適切に配列された多数の受信器を使用する受信器側レンズ６００によって増加させることができる。入射平面波の方向が（例えば入射ビーム６０２Ａから入射ビーム６０２Ｂへと）変更されると、対応する受信器の合焦点が、半球状焦点面上を（受信器６０２Ａから受信器６０２Ｂへと）動く。かかる受信器の半球状配列によって光は、相対的に大きな空間円錐にわたって受信されるようになる。代替的に、レンズ軸の中心に一つのみの受信器が配置される場合、光は、さらに制限された空間円錐から受信される。

【0044】

図７及び図８はそれぞれ、受信器側レンズなし及びありの異なる光受信配列を示す。図７を参照すると、受信配列に受信器側レンズが存在しないとき、光検出器７００は、光検出器７００の許容角度及び屈折率に依存する動眼視野７０２を有する。図８を参照すると、受信配列にレンズ８００が存在するとき、二次的因子がさらに、当該配列を狭い動眼視野８０２まで制限する。特に、上述したように、入射ビームの角度が変化すると、レンズ８００に関連付けられた焦点面８０４上に焦点の関連移動が存在する。図９は、レンズ９００と、異なる角度で到着する異なる入射ビーム９０４Ａ及び９０４Ｂから合焦スポットを受けることができる半球状焦点面９０２上に配置された多数の光検出器のアレイとが存在する光受信配列を示す。例えば、入射ビームの位置及び／又は角度が、大気伝搬の影響によりドリフトし得る。異なる光検出器からの電気信号９０６は、ビームがドリフトするときＦＳＯリンクの動作中に変化し得る受信像において異なる強度を有する異なるピクセルに対応する。

【0045】

図１０を参照すると、いくつかの光受信配列において、レンズ組み合わせシステム１０００が、異なる角度から到着する入射ビーム（例えば入射ビーム１００２Ａ又は入射ビーム１００２Ｂ）を受信するべく配列された異なる形状及び／又は焦点距離を有する多数のレンズ又は一の複合レンズの多数のコンポーネントを含む。一つのレンズに関連付けられる半球状焦点面の代替として、レンズ組み合わせシステム１０００は、所望の平坦状検出面１００４に密接に一致する平坦状焦点面を与えることもできる。検出器アレイのいくつかの実装例において、平坦状焦点面１００４は、検出器アレイの検出器モジュールの光検出器及び／又は他のコンポーネントを分散させるのに適切な配列となり得る。かかる光受信配列において、偏心入口経路を通して受信されるビームは、検出面１００４の特定部分において意図的に焦点ぼけにされ得る。これは、わずかに焦点ぼけにされるエッジ位置１００６に示されている。

【0046】

図１１Ａ及び図１１Ｂの光受信配列はさらに、意図的な焦点ぼけがどのようにして、いくつかの実施形態においてプラスの結果をもたらし得るのかを示す。図１１Ａを参照すると、レンズシステム１１０２（例えば一以上のレンズのシステム）が、光検出器アレイ１１０４の異なる光検出器とマイクロレンズアレイ１１０６の異なるマイクロレンズとに対応する異なるピクセルに対する焦点のそれぞれを、視野１１０８における異なる入射許容角度及び位置にマッピングする。スポットサイズが相対的に狭い（近似的に一ピクセル幅）この例において、光は、いくつかの許容された角度／位置にとって極めて効率的に収集される。例えば、入射ビーム１１１０Ａが当該ピクセルのうちの一つに合焦され、そのピクセルから電気信号出力１１１２Ａが生成される。しかしながら、他の角度／位置において、視野１１０８には、光がピクセル間に収まり電気信号がほとんど又は全く生じない（すなわち受信されない）間隙が存在する。

【0047】

許容された角度／位置における間隙は、ピクセルサイズよりも大きなスポットサイズを有することにより、及び／又はマイクロレンズアレイ１１０６により収集されるビームに少量の焦点ぼけを有することにより、低減又は消滅させることができる。図１１Ｂを参照すると、視野１１１４が、許容された角度の円錐の重なりを含み、各円錐は多数のピクセルにマッピングされる。例えば、入射ビーム１１０Ｂが、多数のピクセル１１１６Ｂに合焦され、当該ピクセル１１１６Ｂから電気信号出力１１１２Ｂが生成される。焦点ぼけの効果はまた、図１２の例においても見ることができる。ここで、合焦された強度パターンが、ほぼ２００μｍのピクセルサイズを有する２１×２１ピクセル検出器アレイ１２００のピクセルに示される。この例は、正方形の送信器側開口から送信されるビームの２つの異なる可能なビーム軌跡の強度パターンを示す。代替的に、２つの異なる強度パターンが、以下に詳述されるように、同時に受信される多数のビームに対応し得る。この例において、送信器側開口の正方形形状と、送信器側光フェーズドアレイ（ＯＰＡ）の有限エミッタ間隔とにより、一を超えるピクセルをカバーする中心の主要ローブと、当該主要ローブの両側の２つの直交次元に沿った複数のサイドローブとを有する各焦点スポットに対し、強度パターンがもたらされている。

【0048】

多数の個別ピクセルからの電気信号出力が同時に収集される場合、一を超えるデータストリームを、一つの検出器アレイから同時に受信することができる。図１３は、４つの通信ノード１３００Ａ、１３００Ｂ、１３００Ｃ及び１３００Ｄが互いに通信するように構成された多ビームＦＳＯ通信システムを示す。ノード１３００Ａは、多数のノード１３００Ｂ及び１３００Ｃからのビームを、この例では同時に受信している。一般に、任意数の通信ノードを、各通信ノードが任意の他の通信ノードからデータを送受信することができるメッシュネットワークにおいて通信するように配列することができる。この例において、各通信ノードは、一つの送信側ポートを有する一方、検出器アレイにおいて同時に検出され得る多数の強度パターンに対応する多数の受信器側ポートを有する。よって、図１４Ａ～図１４Ｄに示されるような様々なメッシュネットワーク構成が可能である。ここで、矢印は、異なる通信ノード（丸で表す）間のＦＳＯリンクを介したデータ送信を示す。他例において、各通信ノードは、多数の送信器側ポートを含み得る。例えば、多数の送信器側開口から多数のビームを送信することにより、潜在的に複雑かつ柔軟なメッシュネットワーク構成がもたらされる。

【0049】

ここに記載されるＦＳＯリンクを使用する通信システムのいくつかの実装例において含まれ得る他の可能な特徴は、二進ビットによる強度変調以外の変調技術を含む。例えば、受信器回路が線形増幅器及び非二進決定回路を含む場合、ＰＡＭ４又は高次振幅変調を利用して多くの情報を転送することができる。さらに、コヒーレントローカル振動子（ＬＯ）（例えばレーザからの光）が利用される場合、位相変調によるコヒーレント検出を使用することができる。コヒーレント検出スキームを利用することは、受信器回路を複雑にし得るが、ごくわずかの光子しか受信器に到達できない長距離通信リンクに対してシステムの感度を著しくブーストすることもできる。図１５Ａは、受信器側レンズ１５０２が入射光を検出器アレイ１５０４に合焦してＬＯレーザ１５０６及びレンズ１５０８が当該検出器アレイ１５０４を均一に照明するべく使用される均一照明構成１５００Ａの一例を示す。いくつかの実装例において、ビームからの信号の位置を特定するべく初期均一照明構成１５００Ａが最初に使用され、その後に指向性照明構成１５００Ｂが使用され、ＬＯビームは、さらに狭く合焦されて検出器アレイ１５０４の一部分へと操舵される。例えば、ＬＯ制御システム１５１０は、ＬＯスポットサイズを制御してＬＯビームを動的に操舵するべく高速フィードバックループを含んでよい。ＬＯレーザ１５０６は、リモートノードにおいて送信レーザにロックされ、変調された光の位相をハイブリッド受信回路が抽出することができる。図１６は、多数の受信ビームを検出器アレイ１６０４に合焦させるべく受信器側レンズ１６０２を含む例示的なコヒーレント検出構成１６００を示す。この例において、２つの異なる受信ビームのそれぞれに同時に干渉する別個のコヒーレントＬＯビームを与える多数のＬＯソース１６０６Ａ及び１６０６Ｂが存在する。この様にして、マルチチャネル受信器を実装するべく任意数の独立ＬＯソースを使用することができる。

【0050】

図１７は、マルチチャネルコヒーレントＦＳＯ通信システム１７００の例示的な構成を示す。Ｔｘレーザ１を含むノード１７０２、及びＴｘレーザ２を含むノード１７０４が存在する。これらは、対応するデータストリームＤａｔａ１及びＤａｔａ２により変調される光波を与える。これらの光波は、大気１７０６を通って伝搬してノード１７０８によって受信される別個の光ビームとして放出される。この例において、光収集は、多数の検出器モジュールのアレイにある２つの検出器モジュールに示されている。レーザＬＯ１及びレーザＬＯ２は、データストリームＤａｔａ１及びＤａｔａ２を復調するデジタル信号処理（ＤＳＰ）回路へと与えられるコヒーレント検出信号の同相及び直交相（Ｉ／Ｑ）成分を検出する個々の検出器モジュールへと向けられた別個のＬＯビームを与える。

【0051】

システムに相対的に多数の検出器モジュールが存在する実装例において、有用なことに、受信したデータストリームを処理して入射データを、潜在的に弱い信号における過度のノイズ、寄生及び／又は損失を誘発することなく読み取ることができる。図１８は、受信器側レンズ１８０２と、検出器モジュールの検出器アレイ１８０６の前面に配列されたマイクロレンズアレイ１８０４とを含む検出配列１８００の一例を示す。検出器モジュールはそれぞれが、各検出器モジュールのためのトランスインピーダンス増幅器（ＴＩＡ）を与える積層されたＳｉＧｅ ＢｉＣＭＯＳプラットフォームの上に読み出し回路を含む。ＴＩＡが対応アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）光検出器の直下に配置されると、ＡＰＤは（例えばほぼ１０～１０００の）初期利得を与え、得られた光電流をＴＩＡ利得段に供給することができる。ＴＩＡの消費電力は相対的に低い（例えば１μＡ～０．８ＶｐｐのＴＩＡ増幅器に対しピクセル当たり約１ｍＷ未満である）。当該データレートに適切な帯域幅を有する低ノイズＴＩＡが、低ノイズ増幅器（例えばほぼ

【数1】

未満のノイズ）によって増幅され、制限増幅器に供給され、及びデジタル化され得る電圧信号出力を与えることができる。図１９は、読み出し回路１９００の、一つの可能な実装例を示す。図２０は、個々のピクセルに対して例示的な寸法を有する例示的な検出器モジュール２０００を示す。直径ほぼ３６～７５μｍのアクティブ面積を有するＡＰＤが存在する。直径ほぼ５０～２００μｍの面積を有するＡＰＤのまわりに関連回路の配列が存在する。ほぼ４ｃｍ^２の検出器面積全体にわたるピクセルの総数は、例えば、ほぼ１０，０００～１６０，０００となり、又は、これよりも大きな検出器面積に対しては数百万ピクセルが存在し得る。

【0052】

いくつかの実装例において、所与のＡＰＤに対するＴＩＡ及び他のサポート回路は、電力を節約するべくオフにされ、又は低電力状態（すなわち「ハイバネーション」）モードに置かれる。図２１は、検出器モジュールのための回路の一例を示す。この例において、光集積回路（ＰＩＣ）に作製された一アレイのフォトダイオードの一ピクセルを代表するフォトダイオード２１００（例えばＡＰＤ）が存在する。アナログ／混合信号特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）として実装される信号処理回路２１０２は、個々のピクセルのためのピクセル回路２１０４と、信号有効情報に基づいて選択されたピクセルのための受信データを選択することができるコントローラ２１０６（例えばマルチプレクサ又は他の選択回路を含む）とを含む。ピクセル回路２１０４は、ＴＩＡと、制限増幅器と、ビット誤りを低減させる信号検出／自動利得制御回路モジュールとを含む。これらは一緒になってデータ信号の検出を可能にする。信号処理回路２１０２は、ピクセル回路２１０４及びコントローラ２１０６を使用して、フォトダイオード２１００からの光電流をモニタリングするように構成され、所定のスペクトル領域（例えば予測される変調データ信号のためのスペクトル領域）が所定のしきい値を超えるとすぐにＴＩＡ及び他の回路をアクティブにすることができる。この選択的なアクティブ化により、全体的な消費電力、及び検出器アレイの局所的な熱発生が低減される。

【0053】

いくつかの実装例において、増幅器及び他の回路の電子アレイが、ノイズ及びキャパシタンスを低減するべく光検出器に相対的に近接して配置される。図２２は、コンパクト構成における様々な層の配列を含む検出器アレイ２２００の一例を示す。ＡＰＤ層２２０２が、入射光を収集する複数のＡＰＤを含む。中間層２２０４が、一アレイのＴＩＡ、利得回路、及びデジタイザ回路を含む。中間層２２０４は、ＡＰＤ層２２０２と同じダイに作製してよく、又は、例えば３Ｄ積層を使用して、ＡＰＤ層２２０２を包含するダイに接続してよい。裏側層２２０６が、付加的なＤＳＰ及び信号コンディショニング（ｃｏｎｄ）回路を含む。これにより、各ピクセルが信号処理能力を有し得る。裏側層２２０６の一以上のエッジ沿いの一以上のＩ／Ｏチップ２２０８が、特定の受信ビームに対応する一群のピクセルから信号を受信するべく使用される。いくつかの例において、個々の素子が多数のピクセルによって共有されてよい。例えば、図２３は、例示的な検出器アレイ配列２３００を示す。ここでは、各マイクロレンズのための多数のＡＰＤが存在し、各ＡＰＤが自身のＴＩＡを有し、多数の隣接するＴＩＡのための一つのＤＳＰ素子が存在する。様々な他の配列も可能であり、各ピクセルが同じ組の素子を有する配列も含まれる。

【0054】

図２４は、３つの異なるビームが検出器アレイ２４００によって受信される一例を示す。大気の影響により、受信器側及び／若しくは送信器側の光学素子を支持するプラットフォームの振動により、並びに／又は（飛行機と通信するドローン又は２つの衛星間の遠隔通信のような）ノードの相対的な動きにより、検出器アレイ２４００上の焦点スポットが動き得る。所与の時間にわたる焦点スポットの動きに対して得られる強度パターンが図２４に示される。例えば、プラットフォームの動きが速ければ速いほど、ビームの焦点スポットの、異なるピクセルにわたる動きも迅速になる。したがって、欠落のない連続的なデータ送信を達成するべく、データ収集を担う単数又は複数のピクセルが、焦点スポットが動くにつれてシームレスに移行される必要がある。これは、十分に高い信号を受信しているピクセルを検出することと、焦点スポットの動きを追跡することとができる高速フィードバックループによって構成される回路を使用して達成することができる。いくつかの実装例において、回路はまた、データを収集する準備ができているはずの次のピクセルを予測するようにも構成される。これは、例えば、アナログ利得回路と、異なる被追跡ビームに関連付けられるストリーミングデータのためのＩ／Ｏポート２４０２に結合されるＩ／Ｏアレイのスループットを制御するべく構成されるデジタル層における回路との適切な制御によって実装することができる。

【0055】

ＦＳＯ通信システムの一例が図２５に示される。これは、所与のローカルノードに関連付けられた自由空間ＴＸ／ＲＸユニット２５００、及びリモートノードに関連付けられたピアＴＸ／ＲＸユニット２５０２を含む。最適な信号品質を達成するべく、最善の信号対ノイズ比及びビット誤り率のための最適な方向にロックすることが有益である。したがって、２つのノードにおける受信器及び送信器の光学パッケージは、互いを向くようにされ、理想的には、最善の送信方向及び最善の受信用ピクセル選択を得るためのフィードバック機構を有する。これは、受信器システムがパワーモニタ回路を有し、潜在的には誤りモニタリングＤＳＰ回路を有する場合になし得る。順方向誤り訂正（ＦＥＣ）のような誤り訂正コーディングが利用される場合、送信データストリーム内のビットのうちいくつかが使用されて誤りのビットが検出される。受信器システムは、誤りの量を経時的にモニタリングしてその操舵角を修正することができる。送信器システムも、例えば、初期アラインメントの粗いアラインメントフェーズ及び細かいアラインメントフェーズと、上述した動的アラインメントとを使用して、リモートノードの検出器アレイにおけるビーム位置決めを最適化する当該フィードバックに基づいて送信ビームを操舵するべく、リモートノードから（例えばサイドチャネルリンクを経由して）強度情報を受信することができる。

【0056】

図２６は、かかるアラインメント技法をどのようにして、第１光を検出するべく使用することができるのかを示す。ＦＳＯリンクが確立される前、送信器及び受信器は双方とも、視線リンクの確立を助ける方向をサーチすることができる。粗いアラインメントを、例えば、望遠鏡、ＧＰＳ位置、所定位置合意、及び／又は一時的な光学的再帰反射器によって行うことができる。これらは、２つのノードが粗いアラインメントを確立するのを支援することができる。

【0057】

図２７Ａ及び図２７Ｂを参照すると、送信器が光フェーズドアレイ２７００をビーム操舵器として使用する場合、受信器側レンズ２７０２が調整可能となり、ビーム発散及び動眼視野は、最初に、第１光の発見をアシストするべく検出器アレイ２７０４において広角レンジ（図２７Ａ）に設定され、その後、最適なデータ送信を目的として狭角レンジ（図２７Ｂ）に合焦され得る。

【0058】

本開示が所定の実施形態に関連して記載されてきたが、本開示は、開示された実施形態に限定されることがないと理解すべきであり、逆に、添付の特許請求の範囲内に含まれる様々な修正例及び同等の配列をカバーすることが意図されており、その範囲には、法律に基づいて許容されるすべての修正例及び同等の構造を包含するように最も広い解釈が与えられるべきである。

【図1A】

【図1B】

【図1C】

【図1D】

【図1E】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図4A】

【図4B】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11A】

【図11B】

【図12】

【図13】

【図14A】

【図14B】

【図14C】

【図14D】

【図15A】

【図15B】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】

【図26】

【図27A】

【図27B】