JP2022548824A - 光子コヒーレント検出アレイ - Google Patents

Abstract

本発明は、コヒーレント検出アレイおよびコヒーレント検出アレイの信号読み出しのための多重化方法に関するものである。コヒーレント検出アレイは、光子集積回路（ＰＩＣ）上に実装されてもよい。それは、接続導波路および電気伝導路に結合する複数のコヒーレント検出ユニットを含んでもよく、電気伝導路は、電気信号を多重化するための読み出しチャネルとして機能してもよい。検出ユニットは、自由空間－導波路結合器と、光結合器と、光検出器とを含むように構成することができる。コヒーレント検出アレイは、コヒーレント検出アレイの高い自由度を活用することができる多重化方法を可能にする。これらの方法は、局部発振器により可能になるものと、ＰＩＣ型の検出アレイの構成要素の特性および応答に関連するものとを含み得る。

Description

関連出願へのクロスレファレンス
本出願は、２０１９年８月２０日に出願された米国仮特許出願第６２／８８９，０６５号の利益を主張するものであり、この出願はその全体が本明細書に参照として組み込まれる。

本発明は、光コヒーレント検出に関し、特に、光コヒーレント検出のための検出アレイに関する。

光コヒーレント検出は、光ヘテロダイン検出としても知られ、直接光検出が光信号の光強度のみを測定するのに対し、通常は局部発振器（ＬＯ）と呼ばれる基準光信号に対する光信号の電界振幅および位相の両方を測定することができる。コヒーレント検出の利点は、ショットノイズの少ない光増幅、背景光の除去、位相による付加情報の提供等にある。

検出アレイとは、空間的な並列性を利用してシーンの信号を高速に取得する検出ユニットのアレイであり、撮像システムの焦点面で使用される場合は、フォーカルプレーンアレイ（ＦＰＡ）と呼ばれる。ＣＣＤおよびＣＭＯＳイメージセンサーのような従来の検出アレイ技術は、直接光学的に検出するモードでのみ動作する。並列空間コヒーレント検出を実現するためには、直接検出アレイを干渉構成にする必要があり、検出アレイ上の信号光およびＬＯを論理的（coherently）に結合するための自由空間バルク光学系が必要となる。しかしながら、このような構成は、嵩張るだけでなく、入射信号光のＬＯビームへの空間モードマッチングがコヒーレント検出の効率に影響を与えるという問題がある。

光子集積回路（ＰＩＣ）技術に基づくコヒーレント検出アレイは、光子チップ上で光干渉を行うことにより、コヒーレント撮像システムを大幅に簡素化し、信号光およびＬＯ光は、通常、同じ導波路モードで現れるため、モードマッチングの問題は論理的に解決される。ＰＩＣに基づくコヒーレント検出アレイの既知の形態には、非特許文献１［Firooz Aflatouni, Behrooz Abiri、 Angad Rekhi, and Ali Hajimiri, "Nanophotonic coherent imager," Optics Express 23, 5117-5125 (2015)］に記載されたナノ光子コヒーレントイメージャー（ＮＣＩ）がある。ＮＣＩでは、コヒーレント検出アレイは、各検出画素の光アンテナ（グレーティング結合器）が、検出領域外の方向性結合器および光検出器に導波路で個別に接続されるように構成されている。ＮＣＩの画素ピッチは、導波路のスペースを確保するために画素数に応じて直線的に大きくなり、よって、ＰＩＣチップのサイズは、画素数に応じて二次関数的に大きくなる。そのため、サイズおよびコストが重視される場合には、上記ＮＣＩ方式は、数画素が制限される場合がある。

さらに、リアルタイム検出が有効な特定のコヒーレント検出用途については、コヒーレント検出アレイが高いフレームレートで動作することが望まれる。これらのアプリケーションには、周波数変調連続波（ＦＭＣＷ）光検出、測距（ＬＩＤＡＲ）および光コヒーレンス・トモグラフィー（ＯＣＴ）がある。最近の高画素直接検出アレイは、画素アレイの各列または各画素にアナログ・デジタル回路（ＡＤＣ）を搭載し、並列に読み出しおよび変換を行うことにより、高いフレームレートを実現する。しかしながら、これらの検出アレイは、画素信号を行毎に列アドレス回路の水平レジスタに転送する必要がある。最新のＣＭＯＳ型の直接検出アレイは、フレームストレージを用いているため、非常に高いサンプリングレートで動作するが、フレームストレージ回路により検出アレイの画素数が大幅に制限される。一般に、既存のコヒーレントアレイまたは直接検出アレイの設計およびその動作は、画素数とフレームレートとの間にトレードオフの関係がある。

本発明の実施形態では、光子集積回路（ＰＩＣ）上に実装されたコヒーレント検出アレイと、検出アレイの特性を活用したコヒーレント検出信号の読み出しのための多重化方法について説明する。

コヒーレント検出アレイは、接続導波路および電気伝導路と結合する複数のコヒーレント検出ユニットを含むことができ、局部発振（ＬＯ）光が接続導波路を介してコヒーレント検出ユニットに導入される。検出ユニットは、自由空間を含むがこれに限定されない媒体から検出ユニットに入射する信号光を受け取る自由空間－導波路結合器と、信号光およびＬＯ光を混合する光結合器と、混合された信号－ＬＯ光を測定する光検出器とを含むように構成されてもよい。電気伝導路は、電気信号を多重化するための読み出しチャネルとして機能し、読み出しチャネルは、複雑な導波路のルーティングまたは光スイッチングを必要とせずに、検出ユニットの積み重ねおよびコヒーレント検出アレイの拡張性を促進することができる。また、コヒーレント検出アレイは、コヒーレント検出アレイの高い自由度を利用した多重化方法を可能とする。これらの方法には、局部発振器により可能になるものと、ＰＩＣ型の検出アレイの構成要素の特性および応答に関連するものとがある。コヒーレント検出アレイの拡張可能な設計と、そのアレイに適用可能な多重化方法とにより、コヒーレント検出アレイは、高画素数および高フレームレート動作を同時に実現可能である。

当業者であれば、図面は、主に説明のためのものであり、本明細書に記載された発明対象の範囲を限定することを意図したものではないことを理解するであろう。図面は、必ずしも縮尺通りではなく、場合によっては、異なる特徴の理解を容易にするために、本明細書に開示される本発明の主題の種々の側面が、図面において誇張または拡大して示される場合がある。

２つの光検出器を採用した本発明の第１の好適実施形態に係るコヒーレント検出ユニットの構成の一例を示す。 図１の実施形態が採用された本発明の第２の好適実施形態に係るコヒーレント検出アレイの構成例を示す。 コヒーレント検出ユニットの光検出器の１つ以上の電極が異なる行を横切る代わりに、異なる列を横切る電気伝導路により接続される図２の変形例である。

本発明の第３の好適実施形態に係るコヒーレント検出ユニットの他の構成例を示す。単一の光検出器が採用された実施形態である。 検出ユニットを簡素化するために、１つ以上の導波路および／または光結合器が除去された図４の変形例である。

各検出ユニットで単一の光検出器が採用された本発明の第４の好適実施形態に係るコヒーレント検出アレイの構成例を示す。図４の実施形態が採用されたコヒーレント検出アレイである。 図６の第１の変形例であり、検出ユニットの光検出器の１つ以上の電極が、異なる行を横切る代わりに、異なる列を横切る電気伝導路により接続されている。 図５の実施形態が採用された図６の第２の変形例である。 図７および図８の両方に係る図６に対する変更が取り入れられた図６の第３の変形例である。

入力光の２つの偏光が検出ユニットで個別に検出される本発明の第５の好適実施形態に係るコヒーレント検出ユニットの構成例を示す。入力光が偏光分離自由空間－導波路結合器を介して検出ユニットに結合され、各偏光の検出のために単一の光検出器が採用された実施形態である。 入力光の２つの偏光を干渉させるために、単一の局部発振器を用いた図１０の第１の変形例である。 コヒーレント検出ユニットを簡略化するために、１つ以上の導波路を省略した図１０の第２の変形例である。 図１１および図１２の両方に係る図１０に対する変更が組み込まれた第３の変形例である。

入力光の２つの偏光がアレイの検出ユニットで個別に検出される本発明の第６の好適実施形態に係るコヒーレント検出アレイの構成例を示す図である。図１０の実施形態が採用されたコヒーレント検出アレイである。 検出ユニットの光検出器の１つ以上の電極が、異なる行を横切る代わりに、異なる行を横切る電気伝導路により接続された図１４の第１の変形例である。 図１１の実施形態が採用された図１４の第２の変形例である。 図１５および図１６の両方に係る図１４に対する変更が組み込まれた図１４の第３の変形例である。 図１２の実施形態が採用された図１４の第４の変形例である。 図１５および図１８に係る図１４に対する変更が組み込まれた図１４の第５の変形例である。 図１３の実施形態が採用された図１４の第６の変形例である。 図１５および図２０の両方に係る図１４に対する変更が組み込まれた図１４の第７の変形例である。

入力光の２つの偏光が検出ユニットで個別に検出される本発明の第７の好適実施形態に係るコヒーレント検出ユニットの他の構成例である。入力光が偏光分離自由空間－導波路結合器を介して検出ユニットに結合され、各偏光の検出のために２つの光検出器が採用された実施形態である。 入力光の２つの偏光を干渉させるために、単一の局部発振源が使用される図２２の変形例である。

入力光の２つの偏光がアレイの検出ユニットで個別に検出される本発明の第８の好適実施形態に係るコヒーレント検出アレイの他の構成例を示す。図２２の実施形態が採用されたコヒーレント検出アレイである。 検出ユニットの光検出器の１つ以上の電極が、異なる行を横切る代わりに、異なる列を横切る電気伝導路により接続された図２４の第１の変形例である。 図２３の実施形態が採用された図２４の第２の変形例である。 図２５および図２６の両方に係る図２４に対する変更が組み込まれた図２４の第３の変形例である。

コヒーレント検出アレイと、光入力回路と、電気多重化回路と、電気読み出し回路とを備えるコヒーレント検出装置の概念的な構成を示す。

図２９Ａおよび図２９Ｂは、本発明のコヒーレント検出アレイに局部発振器を利用した多重化方法の一実施形態の概念をグラフで示す。図２９Ａは、局部発振器に周波数オフセットを使用しないコヒーレント検出アレイにおいて、接続された検出ユニットの光電流または信号を合成した周波数スペクトルの一例を示すグラフである。図２９Ｂは、局部発振器に周波数オフセットを適用したコヒーレント検出アレイにおいて、接続された検出ユニットの光電流または信号を合成した周波数スペクトルの一例を示すグラフである。

図３０Ａ～図３０Ｃは、本発明のコヒーレント検出アレイの光検出器応答性を利用した多重化方法の一実施形態の概念をグラフで示す。図３０Ａは、光検出器応答性を変調しないコヒーレント検出アレイにおいて、接続された検出ユニットの光電流または信号を合成した周波数スペクトルの一例を示すグラフである。図３０Ｂは、光検出器応答性を変調したコヒーレント検出アレイにおいて、接続された検出ユニットの光電流または信号を合成した周波数スペクトルの一例を示すグラフである。図３０Ｃは、光検出器応答性を変調したバランス型構成のコヒーレント検出アレイにおいて、接続された検出ユニットの光電流または信号の差を合成した周波数スペクトルの一例を示すグラフである。

コヒーレント検出アレイを高画素数で実現するためには、アレイ画素の設計が余分な複雑さを伴わずに拡張可能であることから望ましい。また、検出アレイの従来の設計では、時分割および空間分割多重化による信号読み出し方式が一般的に使用されるが、画素数とフレームレートとの間にはトレードオフの関係がある。そのため、信号の多重化の自由度が高いことが望まれている。

本技術は、画素数の高い拡張性を実現するコヒーレント検出アレイのアプローチを提供する。また、使用すべき時間領域および空間領域の自由度に加えて、アレイの高い自由度を追加することにより、読み出し時の信号の多重化が可能である。ここでは、コヒーレント検出アレイの画素は、コヒーレント検出アレイのコヒーレント検出ユニットまたは単に検出ユニットと呼ばれる。

高画素数の設計のための拡張性を実現するために、コヒーレント検出アレイは、画素、すなわちコヒーレント検出ユニットでの光干渉および検出を行うように構成される。いくつかの側面では、コヒーレント検出アレイは、ＰＩＣ技術を用いて光子チップ上に実装されてもよく、コヒーレント検出アレイの各検出ユニットは、ＬＯ光をユニット内に導入する導波路と、信号光をＰＩＣチップ内に結合する自由空間－導波路結合器と、ＬＯ光および信号光を混合する光結合器と、混合光を測定するオンチップ光検出器とを含むように構成することができる。各検出ユニットは、導波路および電気伝導路により接続してコヒーレント検出アレイを形成し、多重化方法により各検出ユニットの信号読み出しを可能にし得る。

信号の多重化では、高い自由度を光学領域および電気領域に分類することができる。これらは、局部発振器により実現されるものと、ＰＩＣ型のコヒーレント検出アレイの構成要素の特性および応答に関連するものとがある。

以下、本発明の好適実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明し、コヒーレント検出ユニット、コヒーレント検出アレイおよび多重化方法の設計を示す。
コヒーレント検出ユニットおよびコヒーレント焦点面アレイ
第１の好適実施形態

以下、本好適実施形態に係るコヒーレント検出ユニット１００を、その平面図を示す図１を参照して説明する。図１に示すコヒーレント検出ユニット１００は、自由空間－導波路結合器１１と、光結合器１２－１、１２－２と、導波路１３－１、１３－２、１３－３、１３－４、１３－５と、光検出器１４－１、１４－２と、電極１５－１、１５－２、１５－３、１５－４とを含むように構成されている。また、コヒーレント検出ユニット１００は、１つ以上の変調器および／または加熱器のような追加の構成要素を含むように構成されてもよく、これらは、コヒーレント検出ユニットの特性を変調または変更するために使用されてもよい。これらの追加の構成要素は、図１に示していない。コヒーレント検出ユニット１００は、光導波路技術を用いて基板１６上に集積してもよい。

導波路１３－１は、局部発振光Ｅ_{ＬＯ，ｉｎ}が導入され得る一端（入射端）と、局部発振光Ｅ_{ＬＯ，ｏｕｔ}が透過され得る他端（出射端）とを有する光導波路である。光結合器１２－１は、局部発振光Ｅ_{ＬＯ，ｉｎ}の一部を導波路１３－１から導波路１３－２に分割することができる。導波路１３－２は、局部発振光を光結合器１２－２にまで通過させ得る。光結合器１２－１としては、限定されないが、Ｙ字型ジャンクション、方向性結合器およびマルチモード干渉計が挙げられる。

自由空間－導波路結合器１１は、信号光Ｅ_{Ｓｉｇ，ｉｎ}がコヒーレント検出ユニット１００に結合可能な部分である。信号光Ｅ_{Ｓｉｇ，ｉｎ}は、自由空間－導波路結合器１１が実装された光子チップの平面に対して垂直な方向または斜め方向から入射してもよい。自由空間－導波路結合器１１により受け取られる光は、導波路１３－３を通過して光結合器１２－２に流れることができる。自由空間－導波路結合器１１は、一般に、自由空間または媒体からの光を光子チップに結合する光アンテナである。自由空間－導波路結合器としては、限定されないが、ＰＩＣ設計で一般的に使用される回折格子結合器、および新規の光子マイクロ／ナノ構造体が挙げられる。

光結合器１２－２は、入力ポートとしての導波路１３－２、１３－３と、出力ポートとしての導波路１３－４、１３－５とを備える結合器である。入力導波路１３－２からの局部発振光と入力導波路１３－３からの信号光とは、光結合器１２－２で混合され、干渉することができる。光結合器１２－２は、入力導波路１３－２の光が出力導波路１３－４、１３－５間で、ある割合で分割され、同様に、入力導波路１３－３の光も出力導波路１３－４と１３－５との間で、ある割合で分割されるように構成されている。割合は固定であってもなくてもよく、光結合器に入力される光の特性（限定されないが、波長等）、光結合器の特性や条件（限定されないが、温度等）、その他の不特定要因に依存してもしなくてもよい。光結合器１２－２としては、限定されないが、方向性結合器およびマルチモード干渉計が挙げられる。

光結合器１２－２が５０／５０結合器であるバランス型構成のようないくつかの側面では、入力導波路１３－２の光は、出力導波路１３－４、１３－５間で大きさが等しく分割されてもよく、入力導波路１３－３の光は、出力導波路１３－４、１３－５間で大きさが等しく分割されてもよい。

光検出器１４－１は、導波路１３－４から入力される光を検出する。光検出器１４－１により導波路１３－４からの光が検出されると、光電流が発生して電極１５－１、１５－２に流れ得る。同様に、光検出器１４－２は、導波路１３－５から入力される光を検出する。光検出器１４－２により導波路１３－５からの光が検出されると、光電流が発生して電極１５－３、１５－４に流れ得る。いくつかの側面では、電極１５－１、１５－２の一方がアノードを示し、他方の電極がカソードを示すことができる。同様に、電極１５－３、１５－４の一方がアノードを示し、他方の電極がカソードを示すことができる。

いくつかの側面では、光検出器１４－１、１４－２により生成された各光電流は、直接成分およびクロス成分を含むことができ、ノイズ成分も存在してもよい。直接成分は、信号光および局部発振光の平均強度に比例する。クロス成分は、信号光および局部発振光の電界の積、すなわち〈Ｅ_{ＬＯ，ｉｎ}（ｔ）Ｅ_{Ｓｉｇ，ｉｎ}（ｔ）〉（ここで、tは時間を表し、〈・〉は光検出器の帯域幅に反比例するような継続時間での時間平均を表す。）に比例する。説明を簡素化にするために、ノイズ成分を光電流の直接成分に含めてもよい。

いくつかの側面では、クロス成分は、局部発振光による信号光のビートを示してもよく、ビート周波数は、信号光と局部発振光との周波数の和または差に等しい。和のビート周波数は、通常、非常に高いため、対応する光電流成分は、時間的に平均化されたり、光検出器の有限の応答により抑制されたりしてもよい。差のビート周波数は、通常、中間の周波数であり、対応する光電流成分は、さらなる処理のために時間的に分解される場合がある。

光結合器１２－２が５０／５０結合器であるバランス型構成のようないくつかの側面では、光検出器１４－１、１４－２による光電流の差を取ることにより、光電流の直接成分は、可能な残余のノイズ成分を除いて相殺され、一方、光電流のクロス成分は、光検出器１４－１、１４－２による光電流のクロス成分間の位相差に応じて加算され得る。

他の側面では、光検出器１４－１、１４－２により生成される光電流は、光検出器の応答性を変調することにより変調されてもよい。
第２の好適実施形態

本好適実施形態に係るコヒーレント検出アレイ２００、２１０の２つの例を、図２および図３を参照して説明する。

図２は、コヒーレント検出アレイ２００の平面図を示す。コヒーレント検出アレイ２００は、図１に示す実施形態に係るコヒーレント検出ユニット１００の複数のユニットを含むように構成されている。いくつかの側面では、コヒーレント検出アレイ２００は、コヒーレント検出ユニットの他の実施形態を含んでもよい。いくつかの側面では、コヒーレント検出アレイ２００は、コヒーレント検出ユニット１００の複数のユニットを、直線的な構成で連結することにより構成されてもよい。他の側面では、コヒーレント検出アレイの実施形態は、コヒーレント検出ユニット１００の複数のユニットを、直線的な構成以外の幾何学的形状で連結することにより構成されてもよい。コヒーレント検出アレイ２００は、光導波路技術を用いて基板２６上に集積してもよい。

直線的な構成のいくつかの側面では、コヒーレント検出アレイは、Ｍ×Ｎ個のコヒーレント検出ユニットによりＭ行Ｎ列で構成されてもよい。ここで、ＭおよびＮは、正の整数である。一例として、図２に示すコヒーレント検出アレイ２００の実施形態は、３行４列の形態で配置された全てコヒーレント検出ユニット１００である１２個のコヒーレント検出ユニット１００－１、１００－２、１００－３、１００－４、１００－５、１００－６、１００－７、１００－８、１００－９、１００－１０、１００－１１、１００－１２を含む。

コヒーレント検出アレイ２００の各行は、導波路１３－１を用いて、一連のコヒーレント検出ユニット１００を連結することにより構成することができる（図１参照）。いくつかの側面では、本好適実施形態に係るコヒーレント検出アレイは、コヒーレント検出ユニット１００の導波路１３－１の出射端が、次のコヒーレント検出ユニット１００の導波路１３－１の入射端に接続されるように構成されることにより、検出ユニットの透過ＬＯ光Ｅ_{ＬＯ，ｏｕｔ}が、次に接続されたユニットの入射ＬＯ光Ｅ_{ＬＯ，ｉｎ}とすることができる。そのため、ある行の一連の導波路１３－１は、その行の接続導波路を構成し、その導波路の役割を示すため、その行の行符号化導波路とも呼ばれる。接続導波路のＬＯ光は、光結合器１２－１を介して、接続されたコヒーレント検出ユニット１００に結合することができる（図１および図２参照）。このような構成では、コヒーレント検出アレイの同じ行の検出ユニットは、同一の局部発振光を共有してもよく、行の各ユニットは、接続導波路から局部発振光の一部を利用（ｔａｐ）する。一行の異なるコヒーレント検出ユニットが分割する局部発振光の割合は、同じであっても異なってもよい。

接続導波路は、単一行のコヒーレント検出ユニットを接続してもよいし、２行以上のコヒーレント検出ユニットを接続してもよい。接続導波路は、単一行の全てのコヒーレント検出ユニットを接続しなくてもよい。コヒーレント検出アレイのコヒーレント検出ユニットの構成および配置に応じて、一行が直線であってもなくてもよい。

図２を参照すると、行符号化導波路２１－１、２１－２、２１－３は、それぞれ局部発振光Ｅ_{ＬＯ，ｉｎ ｍ}（ｍ＝１、２、３に対応）が導入され得る一端と、局部発振光Ｅ_{ＬＯ，ｏｕｔ ｍ}（ｍ＝１、２、３に対応）が透過され得る他端とを有する。Ｍ行のコヒーレント検出アレイの場合、指数ｍは１～Ｍの範囲である。図２では、行符号化導波路２１－１の局部発振光は、光結合器１２－１を介してコヒーレント検出ユニット１００－１、１００－２、１００－３、１００－４に結合されている。同様に、行符号化導波路２１－２の局部発振光は、光結合器１２－１を介して、コヒーレント検出ユニット１００－５、１００－６、１００－７、１００－８に結合され、行符号化導波路２１－３の局部発振光は、光結合器１２－１を介して、コヒーレント検出ユニット１００－９、１００－１０、１００－１１、１００－１２に結合されている。コヒーレント検出ユニット１００－１、１００－２、１００－３、１００－４、１００－５、１００－６、１００－７、１００－８、１００－９、１００－１０、１００－１１、１００－１２の光結合器１２－１は、光結合器１２－１の適切な設計により、同一または異なる割合の光をユニットに分割することができる。

局部発振光Ｅ_{ＬＯ，ｉｎ ｍ}（ｍ＝１、２、...、Ｍであり、Ｍはコヒーレント検出アレイの行数であり、図２の例ではＭ＝３である。）は、同一または異なる光周波数、同一または異なる大きさ（ゼロ振幅を含む）、および同一または異なる相対位相を有してもよい。また、局部発振光Ｅ_{ＬＯ，ｉｎ ｍ}は、同一または異なる時間に、同一または異なる持続時間で照射してもよい。局部発振光Ｅ_{ＬＯ，ｉｎ ｍ}は、同一または異なる光源からコヒーレント検出ユニットのアレイに導入されてもよい。光源はオンチップ光源でも、光子チップ外の外部光源でもよい。これらの光源は、光子基板２６上のコヒーレント検出アレイと同一位置または非同一位置に配置されたいくつかの光スイッチおよびネットワークにより制御され得る。光源および光スイッチ・ネットワークは、図２に示していない。

いくつかの側面では、多重化された読み出し可能な検出アレイを形成するために、コヒーレント検出ユニットの複数の行は、列読み出し配線とも呼ばれる電気伝導路により直列に連結され、検出アレイの各列のコヒーレント検出ユニットは、コヒーレント検出アレイの周辺部に配置された読み出し回路に接続される同一の電気コンセントを共有してもよい。これらの電気伝導路は、多重化のための読み出しチャネルとして機能することができる。また、以下では、名称を簡単にするために、電気伝導路を配線とも呼ぶ。

複数のコヒーレント検出ユニットを接続する電気伝導路は、単一の列のコヒーレント検出ユニットを接続しても、２列以上のコヒーレント検出ユニットを接続してもよい。電気伝導路は、単一の列の全てのコヒーレント検出ユニットを接続しなくてもよい。コヒーレント検出アレイのコヒーレント検出ユニットの構成および配置に応じて、一列が直線であっても、なくてもよい。

いくつかの側面では、図２に示す本好適実施形態に係るコヒーレント検出アレイは、各列のコヒーレント検出ユニットについては、光検出器１４－１の電極１５－１が列読み出し配線に接続され、光検出器１４－２の電極１５－３が列読み出し配線に接続され、光検出器１４－１の電極１５－２および光検出器１４－２の電極１５－４が共通の列読み出し配線に接続されるように構成し得る。他の側面では、光検出器１４－１の電極１５－２および光検出器１４－２の電極１５－４は、共通の列読み出し配線に代えて、個別の列読み出し配線に接続されてもよい。同一の電気伝導路に接続された検出ユニットから得られる電気信号は、統合され（信号の符号または方向に応じて、合計または差分され）、周辺読み出し回路に接続され得る出力端子に一括して伝達される。コヒーレント検出アレイの周辺読み出し回路は、図２に示していない。

図２のコヒーレント検出アレイ２００の実施形態は、各行が４つのコヒーレント検出ユニット１００を含む３行を備える構成を示し、４列の異なる行上の光検出器の電極が列読み出し配線で接続されている。図２に示す１列目のコヒーレント検出ユニット１００－１、１００－５、１００－９については、光検出器１４－１の電極１５－１が列読み出し配線２２－１に接続され、光検出器１４－２の電極１５－３が列読み出し配線２３－１に接続され、光検出器１４－１の電極１５－２および光検出器１４－２の電極１５－４が列読み出し配線２４－１に接続されている。列読み出し配線２２－１の出力端の電流は、光検出器１４－１からの光電流の和であり、列読み出し配線２３－１の出力端の電流は、光検出器１４－２からの光電流の和であり、列読み出し配線２４－１の出力端の電流は、光電流の方向に応じて、光検出器１４－１、１４－２からの光電流の和または差である。

同様に、２列目のコヒーレント検出ユニット１００－２、１００－６、１００－１０については、光検出器１４－１の電極１５－１が列読み出し配線２２－２に接続され、光検出器１４－２の電極１５－３が列読み出し配線２３－２に接続され、光検出器１４－１の電極１５－２および光検出器１４－２の電極１５－４が列読み出し配線２４－２に接続されている。列読み出し配線２２－２の出力端の電流は、光検出器１４－１からの光電流の和であり、列読み出し配線２３－２の出力端の電流は、光検出器１４－２からの光電流の和であり、列読み出し配線２４－２の出力端の電流は、光電流の方向に応じて、光検出器１４－１、１４－２からの光電流の和または差である。

同様に、３列目のコヒーレント検出ユニット１００－３、１００－７、１００－１１については、光検出器１４－１の電極１５－１が列読み出し配線２２－３に接続され、光検出器１４－２の電極１５－３が列読み出し配線２３－３に接続され、光検出器１４－１の電極１５－２および光検出器１４－２の電極１５－４が列読み出し配線２４－３に接続されている。列読み出し配線２２－３の出力端の電流は、光検出器１４－１からの光電流の和であり、列読み出し配線２３－３の出力端の電流は、光検出器１４－２からの光電流の和であり、列読み出し配線２４－３の出力端の電流は、光電流の方向に応じて、光検出器１４－１、１４－２からの光電流の和または差である。

同様に、４列目のコヒーレント検出ユニット１００－４、１００－８、１００－１２については、光検出器１４－１の電極１５－１が列読み出し配線２２－４に接続され、光検出器１４－２の電極１５－３が列読み出し配線２３－４に接続され、光検出器１４－１の電極１５－２および光検出器１４－２の電極１５－４が列読み出し配線２４－４に接続されている。列読み出し配線２２－４の出力端の電流は、光検出器１４－１からの光電流の和であり、列読み出し配線２３－４の出力端の電流は、光検出器１４－２からの光電流の和であり、列読み出し配線２４－４の出力端の電流は、光電流の方向に応じて、光検出器１４－１、１４－２からの光電流の和または差である。

図２では、パッドＰａは、周辺読み出し回路に接続され得る列読み出し配線の出力端子である。

図２では、コヒーレント検出アレイのコヒーレント検出ユニットは、電気伝導路、すなわち列読み出し配線により、４つの異なるサブセット（列）にグループ化されていると見なすことができ、アレイの各コヒーレント検出ユニットは、電気伝導路によりグループ化された単一のサブセットに含まれる。あるいは、コヒーレント検出アレイのコヒーレント検出ユニットは、接続導波路、すなわち行符号化導波路により、３つの異なるサブセット（行）にグループ化されているとも見なすことができ、各コヒーレント検出ユニットが接続導波路によりグループ化された単一のサブセットに含まれる。コヒーレント検出アレイの各コヒーレント検出ユニットは、行符号化導波路および列読み出し配線により規定することができる。
第２の好適実施形態の変形例

図３は、コヒーレント検出アレイ２１０の平面図を示す。コヒーレント検出アレイ２１０は、図２に示す実施形態に係るコヒーレント検出アレイの変形例である。コヒーレント検出アレイ２００と同様に、コヒーレント検出アレイ２１０は、図１に示す実施形態に係るコヒーレント検出ユニット１００の複数のユニットを含むように構成することができる。コヒーレント検出アレイ２１０の各行は、導波路１３－１を用いて、一連のコヒーレント検出ユニット１００を連結することにより構成することができる（図１参照）。コヒーレント検出ユニット１００の複数行を電気伝導路で直列に連結して、検出アレイを構成してもよい。一例として、図３に示すコヒーレント検出アレイ２１０の実施形態は、３行４列の形態で配置された全てコヒーレント検出ユニット１００である１２個のコヒーレント検出ユニット１００－１、１００－２、１００－３、１００－４、１００－５、１００－６、１００－７、１００－８、１００－９、１００－１０、１００－１１、１００－１２を含む。

コヒーレント検出アレイ２００と同様に、本好適実施形態に係るコヒーレント検出アレイ２１０は、各列のコヒーレント検出ユニットについては、光検出器１４－１の電極１５－１または電極１５－２のいずれかが列読み出し配線に接続され、同様に、光検出器１４－２の電極１５－３または電極１５－４のいずれかが列読み出し配線に接続されるように構成し得る。

コヒーレント検出アレイ２００とは異なり、本好適実施形態に係るコヒーレント検出アレイ２１０は、コヒーレント検出ユニットの光検出器の他の電極が、列読み出し配線により異なる行を横切る代わりに、行符号化配線とも呼ばれる電気伝導路により異なる列を横切って接続されるように構成し得る。いくつかの側面では、コヒーレント検出アレイ２１０の各行のコヒーレント検出ユニットについては、光検出器１４－１の電極１５－１または電極１５－２のいずれかが行符号化配線に接続されてもよく、同様に、光検出器１４－２の電極１５－３または電極１５－４のいずれかが行符号化配線に接続されてもよい。他の側面では、２つの行符号化配線は、個別の配線に代えて、共通の配線に統合されてもよい。行符号化配線は、検出アレイの行符号化導波路と同様または異なる役割を有するコヒーレント検出アレイの信号を多重化するために利用されてもよい。

図３に示すコヒーレント検出アレイ２１０を参照する。一方で、１列目のコヒーレント検出ユニット１００－１、１００－５、１００－９については、光検出器１４－１の電極１５－１が列読み出し配線２２－１に接続され、光検出器１４－２の電極１５－３が列読み出し配線２３－１に接続されている。

同様に、２列目のコヒーレント検出ユニット１００－２、１００－６、１００－１０については、光検出器１４－１の電極１５－１が列読み出し配線２２－２に接続され、光検出器１４－２の電極１５－３が列読み出し配線２３－２に接続されている。

同様に、３列目のコヒーレント検出ユニット１００－３、１００－７、１００－１１については、光検出器１４－１の電極１５－１が列読み出し配線２２－３に接続され、光検出器１４－２の電極１５－３が列読み出し配線２３－３に接続されている。

同様に、４列目のコヒーレント検出ユニット１００－４、１００－８、１００－１２については、光検出器１４－１の電極１５－１が列読み出し配線２２－４に接続され、光検出器１４－２の電極１５－３が列読み出し配線２３－４に接続されている。

他方で、コヒーレント検出アレイの２１０の１行目のコヒーレント検出ユニット１００－１、１００－２、１００－３、１００－４については、光検出器１４－１の電極１５－２が行符号化配線２７－１に接続され、光検出器１４－２の電極１５－４が行符号化配線２８－１に接続されている。

同様に、２行目のコヒーレント検出ユニット１００－５、１００－６、１００－７、１００－８については、光検出器１４－１の電極１５－２が行符号化配線２７－２に接続され、光検出器１４－２の電極１５－４が行符号化配線２８－２に接続されている。

同様に、３行目のコヒーレント検出ユニット１００－９、１００－１０、１００－１１、１００－１２については、光検出器１４－１の電極１５－２が行符号化配線２７－３に接続され、光検出器１４－２の電極１５－４が行符号化配線２８－３に接続されている。

図３のパッドＰａは、周辺電気回路に接続され得る列読み出し配線および行符号化配線の端子である。

図３では、コヒーレント検出アレイのコヒーレント検出ユニットは、いくつかの電気伝導路、すなわち列読み出し配線により、４つの異なるサブセット（列）にグループ化され、他の電気伝導路、すなわち行符号化配線により、３つの異なるサブセット（行）にグループ化されていると見なすことができ、アレイの各コヒーレント検出ユニットは、電気伝導路によりグループ化された２つのサブセット（１列および１行）に含まれる。コヒーレント検出アレイの各コヒーレント検出ユニットは、行符号化配線および列読み出し配線により特定されてもよい。あるいは、コヒーレント検出アレイのコヒーレント検出ユニットは、接続導波路、すなわち行符号化導波路により３つの異なるサブセット（行）にグループ化されていると見なすことができ、各コヒーレント検出ユニットが接続導波路によりグループ化される単一のサブセットに含まれる。コヒーレント検出アレイの各コヒーレント検出ユニットは、行符号化導波路および列読み出し配線により特定されてもよい。
第３の好適実施形態

本好適実施形態に係るコヒーレント検出ユニット３００、３１０の２つの例を、図４および図５を参照して説明する。

図４は、コヒーレント検出ユニット３００の平面図を示す。図４に示すコヒーレント検出ユニット３００は、自由空間－導波路結合器３１と、光結合器３２－１、３２－２と、導波路３３－１、３３－２、３３－３、３３－４と、光検出器３４と、電極３５－１、３５－２とを含むように構成されている。また、コヒーレント検出ユニット３００は、１つ以上の変調器および／または加熱器のような追加の構成要素を含むように構成されてもよく、これらは、コヒーレント検出ユニットの特性を変調または変更するために使用されてもよい。これらの追加の構成要素は、図４に示していない。コヒーレント検出ユニット３００は、光導波路技術を用いて基板３６上に集積してもよい。

コヒーレント検出ユニット３００は、図１に示すコヒーレント検出ユニット１００の改良版である。コヒーレント検出ユニット３００は、図１に示す実施形態に係るコヒーレント検出ユニット１００を参照して、以下の説明と合わせて理解し得る。

図１および図４に示すコヒーレント検出ユニットの２つの実施形態間の本質的な違いは、コヒーレント検出ユニット１００の２つの光検出器１４－１、１４－２に代えて、コヒーレント検出ユニット３００において１つの光検出器３４を使用していることにある。また、コヒーレント検出ユニット３００の光結合器３２－２は、入力ポートとして導波路３３－２、３３－３と、出力ポートとして導波路３３－４とを備える結合器である。光結合器３２－２は、適切に終端された自由出力ポートを有する２×２方向性結合器、Ｙ字型ジャンクション、または少なくとも２つの入力ポートおよび１つの出力ポートにより光を混合する他の形態で実現してもよい。

いくつかの側面では、光検出器３４により生成された光電流は、時間的にゆっくりと変化する直接成分と、時間的に急激に変化するクロス成分とを含むことができ、ノイズ成分も存在してもよい。コヒーレント検出ユニット３００に使用される光検出器が１つのみの場合、光検出器３４により生成された光電流を適切なフィルタでフィルタリングして、光電流の直接成分を抑制する必要がある場合がある。フィルタは、検出ユニットに設置しても、検出ユニットに設置しなくてもよい。フィルタは、図４に示していない。
第３の好適実施形態の変形例

図５は、コヒーレント検出ユニット３１０の平面図を示す。図５に示すコヒーレント検出ユニット３１０は、図４に示す実施形態に係るコヒーレント検出ユニット３００の変形例である。

図５に示すコヒーレント検出ユニット３１０は、図４に示すコヒーレント検出ユニット３００と同様であるが、簡略化のために導波路３３－２を省略し、光結合器３２－１、３２－２を単一の光結合器３２－３に統合した点が本質的に異なる。図５のコヒーレント検出３１０の光結合器３２－３は、図４のコヒーレント検出ユニット３００の光結合器３２－１、３２－２の両方の役割を果す。コヒーレント検出ユニット３１０については、光結合器３２－３は、導波路３３－１の局部発振光と導波路３３－３の信号光とを直接混合することができる。混合光は、導波路３３－４、導波路３３－１の出射セグメントに伝達され得る。

いくつかの側面では、コヒーレント検出ユニット３１０の光結合器３２－３は、導波路３３－３からの信号光の大半の部分を導波路３３－４に伝達し、導波路３３－３からの信号光の僅かな部分を導波路３３－１の出射セグメントに伝達するように構成され得る。光結合器３２－３の光分割比の一例は、９９９：１である。
第４の好適実施形態

本好適実施形態に係るコヒーレント検出アレイ４００、４１０、４２０、４３０の４つの例を、図６、図７、図８および図９を参照して説明する。

図６は、コヒーレント検出アレイ４００の平面図を示す。コヒーレント検出アレイ４００は、図４に示す実施形態に係るコヒーレント検出ユニット３００の複数のユニットを含むように構成されている。いくつかの側面では、コヒーレント検出アレイ４００は、コヒーレント検出ユニットの他の実施形態を含んでもよい。いくつかの側面では、コヒーレント検出アレイ４００は、コヒーレント検出ユニット３００の複数のユニットを、直線的な構成で連結することにより構成されてもよい。他の側面では、コヒーレント検出アレイの実施形態は、コヒーレント検出ユニット３００の複数のユニットを、直線的な構成以外の幾何学的形状で連結することにより構成されてもよい。コヒーレント検出アレイ４００は、光導波路技術を用いて基板４６上に集積してもよい。

図６に示すコヒーレント検出アレイ４００は、図２に示すコヒーレント検出アレイ２００と同様であるが、コヒーレント検出ユニット２００で使用されるコヒーレント検出ユニット１００に代えて、図４に示す実施形態に係るコヒーレント検出ユニット３００を、検出アレイの構成単位として採用した点が本質的に異なる。直線的な構成のいくつかの側面では、コヒーレント検出アレイは、Ｍ×Ｎ個のコヒーレント検出ユニットによりＭ行Ｎ列で構成されてもよい。一例として、図６に示すコヒーレント検出アレイ４００の実施形態は、３行４列の形態で配置された全てコヒーレント検出ユニット３００である１２個のコヒーレント検出ユニット３００－１、３００－２、３００－３、３００－４、３００－５、３００－６、３００－７、３００－８、３００－９、３００－１０、３００－１１、３００－１２を含む。

コヒーレント検出アレイ４００は、図２に示す実施形態に係るコヒーレント検出アレイ２００を参照して、以下の説明と合わせて理解し得る。

コヒーレント検出アレイ４００の各行は、導波路３３－１を用いて、一連のコヒーレント検出ユニット３００を連結することにより構成することができる（図４参照）。いくつかの側面では、本好適実施形態に係るコヒーレント検出アレイは、コヒーレント検出ユニット３００の導波路３３－１の出射端が、次のコヒーレント検出ユニット３００の導波路３３－１の入射端に接続されるように構成されることにより、検出ユニットの透過ＬＯ光Ｅ_{ＬＯ，ｏｕｔ}が、次に接続されたユニットの入射ＬＯ光Ｅ_{ＬＯ，ｉｎ}とすることができる。ある行の一連の導波路３３－１は、その行の接続導波路を構成し、その行の行符号化導波路とも呼ばれる。接続導波路のＬＯ光は、光結合器３２－１を介して、接続されたコヒーレント検出ユニット３００に結合することができる（図４および図６参照）。

図６に示すコヒーレント検出アレイ４００については、行符号化導波路は、導波路４１－１、４１－２、４１－３である。行符号化導波路４１－１のＬＯ光は、光結合器３２－１を介して、コヒーレント検出ユニット３００－１、３００－２、３００－３、３００－４に結合される。同様に、行符号化導波路４１－２のＬＯ光は、光結合器３２－１を介して、コヒーレント検出ユニット３００－５、３００－６、３００－７、３００－８に結合され、行符号化導波路４１－３のＬＯ光は、光結合器３２－１を介して、コヒーレント検出ユニット３００－９、３００－１０、３００－１１、３００－１２に結合されている。コヒーレント検出ユニット３００－１、３００－２、３００－３、３００－４、３００－５、３００－６、３００－７、３００－８、３００－９、３００－１０、３００－１１、３００－１２の光結合器３２－１は、光結合器３２－１の適切な設計により、同一または異なる割合の光をユニットに分割してもよい。

コヒーレント検出ユニットの複数行は、列読み出し配線とも呼ばれる電気伝導路により直列に連結することができる。各列読み出し配線により接続されたコヒーレント検出ユニットは、コヒーレント検出アレイの周辺部に配置された読み出し回路に接続され得る同一の電気コンセントを共有してもよい。いくつかの側面では、本好適実施形態に係るコヒーレント検出アレイは、各列のコヒーレント検出ユニットについては、光検出器３４の電極３５－１が列読み出し配線に接続され、同様に、光検出器３４の電極３５－２が列読み出し配線に接続されるように構成することができる。

図６に示す１列目のコヒーレント検出ユニット３００－１、３００－５、３００－９については、光検出器３４の電極３５－１が列読み出し配線４２－１に接続され、光検出器３４の電極３５－２が列読み出し配線４３－１に接続されている。同様に、２列目のコヒーレント検出ユニット３００－２、３００－６、３００－１０については、光検出器３４の電極３５－１が列読み出し配線４２－２に接続され、光検出器３４の電極３５－２が列読み出し配線４３－２に接続されている。同様に、３列目のコヒーレント検出ユニット３００－３、３００－７、３００－１１については、光検出器３４の電極３５－１が列読み出し配線４２－３に接続され、光検出器３４の電極３５－２が列読み出し配線４３－３に接続されている。同様に、４列目のコヒーレント検出ユニット３００－４、３００－８、３００－１２については、光検出器３４の電極３５－１が列読み出し配線４２－４に接続され、光検出器３４の電極３５－２が列読み出し配線４３－４に接続されている。

図２と同様に、図６のパッドＰａは、周辺読み出し回路に接続され得る列読み出し配線の出力端子である。
第４の好適実施形態の第１の変形例

図７は、コヒーレント検出アレイ４１０の平面図を示す。コヒーレント検出アレイ４１０は、図６に示す実施形態に係るコヒーレント検出アレイ４００の変形例である。コヒーレント検出アレイ４００と同様に、コヒーレント検出アレイ４１０は、図４に示す実施形態に係るコヒーレント検出ユニット３００の複数のユニットを含むように構成することができる。コヒーレント検出アレイ４１０の各行は、導波路３３－１を用いて、一連のコヒーレント検出ユニット３００を連結することにより構成することができる（図４参照）。コヒーレント検出ユニット３００の複数行を電気伝導路で直列に連結して、検出アレイを構成してもよい。一例として、図７に示すコヒーレント検出アレイ４１０の実施形態は、３行４列の形態で配置された全てコヒーレント検出ユニット３００である１２個のコヒーレント検出ユニット３００－１、３００－２、３００－３、３００－４、３００－５、３００－６、３００－７、３００－８、３００－９、３００－１０、３００－１１、３００－１２を含む。

コヒーレント検出アレイ４００と同様に、本好適実施形態に係るコヒーレント検出アレイ４１０は、各列のコヒーレント検出ユニットについては、光検出器３４の電極３５－１または電極３５－２のいずれかが列読み出し配線に接続されるように構成し得る。

コヒーレント検出アレイ４００とは異なり、本好適実施形態に係るコヒーレント検出アレイ４１０は、コヒーレント検出ユニットの光検出器の他の電極が、列読み出し配線により異なる行を横切る代わりに、行符号化配線とも呼ばれる電気伝導路により異なる列を横切って接続されるように構成し得る。コヒーレント検出ユニット４１０の各行のコヒーレント検出アレイ３００については、光検出器３４の電極３５－１または電極３５－２のいずれかが行符号化配線に接続されてもよい。

図７に示すコヒーレント検出アレイ４１０を参照する。一方で、１列目のコヒーレント検出ユニット３００－１、３００－５、３００－９の光検出器３４の電極３５－２は、列読み出し配線４３－１に接続されている。同様に、２列目のコヒーレント検出ユニット３００－２、３００－６、３００－１０の光検出器３４の電極３５－２は、列読み出し配線４３－２に接続され、３列目のコヒーレント検出ユニット３００－３、３００－７、３００－１１の光検出器３４の電極３５－２は、列読み出し配線４３－３に接続され、４列目のコヒーレント検出ユニット３００－４、３００－８、３００－１２の光検出器３４の電極３５－２は、列読み出し配線４３－４に接続されている。

他方で、１行目のコヒーレント検出ユニット３００－１、３００－２、３００－３、３００－４の光検出器３４の電極３５－１は、行符号化配線４４－１に接続されている。同様に、２行目のコヒーレント検出ユニット３００－５、３００－６、３００－７、３００－８の光検出器３４の電極３５－１は、行符号化配線４４－２に接続され、３行目のコヒーレント検出ユニット３００－９、３００－１０、３００－１１、３００－１２の光検出器３４の電極３５－１は、行符号化配線４４－３に接続されている。

図７のパッドＰａは、周辺電気回路に接続され得る列読み出し配線および行符号化配線の端子である。
第４の好適実施形態の第２の変形例

図８は、コヒーレント検出アレイ４２０の平面図を示す。コヒーレント検出アレイ４２０は、図６に示す実施形態に係るコヒーレント検出アレイ４００の他の変形例である。

図８に示すコヒーレント検出アレイ４２０は、図６に示す実施形態に係るコヒーレント検出アレイ４００と同様であるが、コヒーレント検出アレイ４００で使用されるコヒーレント検出ユニット３００に代えて、図５に示す実施形態に係るコヒーレント検出ユニット３１０を、検出アレイの構成単位として採用した点が本質的に異なる。直線的な構成のいくつかの側面では、コヒーレント検出アレイは、Ｍ×Ｎ個のコヒーレント検出ユニットによりＭ行Ｎ列で構成されてもよい。一例として、図８に示すコヒーレント検出アレイ４２０の実施形態は、３行４列の形態で配置された全てコヒーレント検出３１０ユニットである１２個のコヒーレント検出ユニット３１０－１、３１０－２、３１０－３、３１０－４、３１０－５、３１０－６、３１０－７、３１０－８、３１０－９、３１０－１０、３１０－１１、３１０－１２を含む。
第４の好適実施形態の第３の変形例

図９は、コヒーレント検出アレイ４３０の平面図を示す。コヒーレント検出アレイ４３０は、図６に示す実施形態に係るコヒーレント４００検出アレイの他の変形例である。

コヒーレント検出アレイ４３０は、図７のコヒーレント検出アレイ４１０および図８のコヒーレント４２０検出アレイに従って、コヒーレント検出アレイ４００に加えられた変更を組み合わせたものである。コヒーレント検出アレイ４３０は、図７および図８に示す実施形態に係るコヒーレント検出アレイ４１０、４２０を参照して、以下の説明と合わせて理解し得る。

一方で、コヒーレント検出アレイと４２０と同様に、コヒーレント検出アレイ４３０は、コヒーレント検出アレイ４００、４１０で使用されるコヒーレント検出ユニット３００に代えて、図５に示す実施形態に係るコヒーレント検出ユニット３１０を、検出アレイの構成単位として採用している。他方で、コヒーレント検出アレイ４１０と同様に、コヒーレント検出アレイ４３０は、検出アレイの各列のコヒーレント検出ユニット３１０の光検出器３４の電極３５－１または電極３５－２のいずれかが、その列の行を横切る行読み出し配線に接続され、検出アレイの各行のコヒーレント検出ユニット３１０の光検出器３４の他の電極が、その行の列を横切る行符号化配線に接続されるように構成することができる。

図９に示すコヒーレント検出アレイ４３０を参照する。一方で、１列目のコヒーレント検出ユニット３１０－１、３１０－５、３１０－９の光検出器３４の電極３５－２は、列読み出し配線４３－１に接続されている。同様に、２列目のコヒーレント検出ユニット３１０－２、３１０－６、３１０－１０の光検出器３４の電極３５－２は、列読み出し配線４３－２に接続され、３列目のコヒーレント検出ユニット３１０－３、３００－７、３１０－１１の光検出器３４の電極３５－２は、列読み出し配線４３－３に接続され、４列目のコヒーレント検出ユニット３１０－４、３１０－８、３１０－１２の光検出器３４の電極３５－２は、列読み出し配線４３－４に接続されている。

他方で、１行目のコヒーレント検出ユニット３１０－１、３１０－２、３１０－３、３１０－４の光検出器３４の電極３５－１は、行符号化配線４４－１に接続されている。同様に、２行目のコヒーレント検出ユニット３１０－５、３１０－６、３１０－７、３１０－８の光検出器３４の電極３５－１は、行符号化配線４４－２に接続され、３行目のコヒーレント検出ユニット３１０－９、３１０－１０、３１０－１１、３１０－１２の光検出器３４の電極３５－１は、行符号化配線４４－３に接続されている。
第５の好適実施形態

本好適実施形態に係るコヒーレント検出ユニット５００、５１０、５２０、５３０の４つの例を、図１０、図１１、図１２および図１３を参照して説明する。

図１０は、コヒーレント検出ユニット５００の平面図を示す。図１０に示すコヒーレント検出ユニット５００は、偏光分離自由空間－導波路結合器５１と、光結合器５２－１、５２－２、５２－３、５２－４と、導波路５３－１、５３－２、５３－３、５３－４、５３－５、５３－６、５３－７、５３－８と、光検出器５４－１、５４－２と、電極５５－１、５５－２、５５－３、５５－４とを含むように構成されている。また、コヒーレント検出ユニット５００は、１つ以上の変調器および／または加熱器のような追加の構成要素を含むように構成されてもよく、これらは、コヒーレント検出ユニットの特性を変調または変更するために使用されてもよい。これらの追加の構成要素は、図１０に示していない。コヒーレント検出ユニット５００は、光導波路技術を用いて基板５６上に集積してもよい。

コヒーレント検出ユニット５００は、図４に示すコヒーレント検出ユニット３００の改良版である。コヒーレント検出ユニット５００は、入力された信号光を検出するように構成されており、その信号光は、ｘ方向およびｙ方向の偏光で多重化され得る。ｘ方向およびｙ方向は、２つの偏光成分を個別に測定し得るように、偏光分離自由空間－導波路結合器５１の設計により規定された偏光の直交基底の一例である。コヒーレント検出ユニット５００は、図４に示す実施形態に係るコヒーレント検出ユニット３００を参照して、以下の説明と合わせて理解し得る。

コヒーレント検出ユニット５００は、コヒーレント検出ユニット３００と同様のコヒーレント検出サブユニット３０１、３０２（図１０参照）を組み合わせることにより構成されているが、コヒーレント検出ユニット３００の自由空間－導波路結合器３１に代えて、偏光分離自由空間－導波路結合器５１が用いられている。コヒーレント検出サブユニット３０１は、偏光分離自由空間－導波路結合器５１と、光結合器５２－１、５２－２と、導波路５３－１、５３－２、５３－３、５３－４と、光検出器５４－１と、電極５５－１、５５－２とを含むように構成されている。コヒーレント検出サブユニット３０２は、同一の偏光分離自由空間－導波路結合器５１と、光結合器５２－３、５２－４と、導波路５３－５、５３－６、５３－７、５３－８と、光検出器５４－２と、電極５５－３、５５－４とを含むように構成されている。このような構成では、偏光分離自由空間－導波路結合器５１は、２つのコヒーレント検出サブユニット３０１、３０２の共通の構成要素である。

図１０では、導波路５３－１は、局部発振光Ｅ_{ＬＯ，ｉｎ ｘ}が導入され得る一端と、局部発振光Ｅ_{ＬＯ，ｏｕｔ ｘ}が透過され得る他端とを有する。導波路５３－５は、局部発振光Ｅ_{ＬＯ，ｉｎ ｙ}が導入される一端と、局部発振光Ｅ_{ＬＯ，ｏｕｔ ｙ}が透過される他端とを有する。いくつかの側面では、Ｅ_{ＬＯ，ｉｎ ｘ}およびＥ_{ＬＯ，ｉｎ ｙ}（対応するＥ_{ＬＯ，ｏｕｔ ｘ}およびＥ_{ＬＯ，ｏｕｔ ｙ}）は、同一の導波モード、すなわち最適な伝搬効率および結合効率のために光子集積回路において一般的に考慮される基本的なＴＥモードとして、導波路５３－１、５３－５に現れてもよい。他の側面では、振幅、周波数および位相のような特性の観点から、Ｅ_{ＬＯ，ｉｎ ｘ}は、Ｅ_{ＬＯ，ｉｎ ｙ}と同一であっても、異なってもよい。

コヒーレント検出ユニット５００は、偏光分離自由空間－導波路結合器５１を用いて、多重化されたｘ－偏光およびｙ－偏光を含み得る信号光Ｅ_{Ｓｉｇ，ｉｎ}を受け取る。信号光Ｅ_{Ｓｉｇ，ｉｎ}は、偏光分離自由空間－導波路結合器５１により、受け取られてｘ－偏光とｙ－偏光とに分離されてもよい。一方で、ｘ－偏光は、導波路５３－３を介してコヒーレント検出サブユニット３０１に運ばれ、光検出器５４－１で検出されると、電極５５－１、５５－２に光電流が発生し得る。他方で、ｙ－偏光は、導波路５３－７を介して、コヒーレント検出サブユニット３０２に運ばれ、光検出器５４－２で検出されると、電極５５－３、５５－４に光電流が発生し得る。

いくつかの側面では、各光検出器５４－１、５４－２により生成される光電流は、時間的にゆっくりと変化する直接成分と、時間的に急速に変化するクロス成分とを含むことができ、ノイズ成分も存在してもよい。コヒーレント検出ユニット５００には、偏光毎に１つの光検出器が使用されているため、光検出器５４－１、５４－２により生成された光電流は、適切なフィルタでフィルタリングされ、光電流の直接成分を抑制する必要がある場合がある。フィルタは、検出ユニットに設置されても、検出ユニットに設置されなくてもよい。フィルタは、図１０に示していない。
第５の好適実施形態の第１の変形例

図１１は、コヒーレント検出ユニット５１０の平面図を示す。図１１に示すコヒーレント検出ユニット５１０は、図１０に示す実施形態に係るコヒーレント検出ユニット５００の変形例である。

図１１のコヒーレント検出ユニット５１０は、図１０のコヒーレント検出ユニット５００と同様であるが、光結合器５２－３を導波路５３－１に移動させて、導波路５３－２に結合させるのと同一の導波路５３－１からの局部発振光を導波路５３－６に結合させる点が本質的に異なる。このようにして、検出ユニット５１０に結合された信号光のｘ－偏光成分およびｙ－偏光成分は、同一の局部発振光Ｅ_{ＬＯ，ｉｎ}と混合され得る。導波路５３－５は、適宜省略することができる。
第５の好適実施形態の第２の変形例

図１２は、コヒーレント検出ユニット５２０の平面図を示す。図１２に示すコヒーレント検出ユニット５２０は、図１０に示す実施形態に係るコヒーレント検出ユニット５００の他の変形例である。

図１２に示すコヒーレント検出ユニット５２０は、図１０に示すコヒーレント検出ユニットと同様であるが、コヒーレント検出ユニット５２０は、コヒーレント検出サブユニッ３１１、３１２を組み合わせることにより構成される。これらは、図１０のコヒーレント検出サブユニッ３０１、３０２と同様であるが、簡略化のため、導波路５３－２、５３－６が省略され、光結合器５２－１、５２－２が光結合器５２－５に統合され、光結合器５２－３、５２－４が光結合器５２－６に統合される点で本質的に異なる。

図１２のコヒーレント検出ユニット５２０の光結合器５２－５は、図１０のコヒーレント検出ユニット５００の光結合器５２－１、５２－２の両方の役割を果たし、同様に、コヒーレント検出ユニット５２０の光結合器５２－６は、コヒーレント検出ユニット５００の光結合器５２－３、５２－４の両方の役割を果たす。コヒーレント検出ユニット５２０では、光結合器５２－５は、導波路５３－１の局部発振光と導波路５３－３の信号光とを直接混合することができる。混合光は、導波路５３－４および導波路５３－１の出射セグメントに伝達されてもよい。同様に、光結合器５２－６は、導波路５３－５の局部発振光と導波路５３－７の信号光とを直接混合してもよい。混合光は、導波路５３－８および導波路５３－５の出射セグメントに伝達され得る。

いくつかの側面では、コヒーレント検出ユニット５２０の光結合器５２－５は、導波路５３－３からの信号光の大半の部分を導波路５３－４に伝達し、導波路５３－３からの信号光の僅かな部分を導波路５３－１の出射セグメントに伝達するように構成され得る。同様に、コヒーレント検出ユニット５２０の光結合器５２－６は、導波路５３－７からの信号光の大半の部分を導波路５３－８に伝達し、導波路５３－７からの信号光の僅かな部分を導波路５３－５の出射セグメントに伝達するように構成され得る。光結合器５２－５、５２－６の光分割比の一例は、９９９：１である。
第５の好適実施形態の第３の変形例

図１３は、コヒーレント検出ユニット５３０の平面図を示す。図１３に示すコヒーレント検出ユニット５３０は、図１０に示す実施形態に係るコヒーレント検出ユニット５００の他の変形例である。

コヒーレント検出ユニット５３０は、図１１のコヒーレント検出ユニット５１０および図１２のコヒーレント検出ユニット５２０に従って、コヒーレント検出ユニット５００に加えられた変更を組み合わせたものである。コヒーレント検出ユニット５３０は、図１１および図１２に示す実施形態に係るコヒーレント検出ユニット５１０、５２０を参照して、以下の説明と合わせて理解し得る。

一方で、コヒーレント検出ユニット５２０と同様、コヒーレント検出ユニット５３０は、簡略化のために、光結合器５２－１、５２－２が単一の光結合器５２－５に統合され、導波路５３－２がコヒーレント検出ユニット５００から省略されている（図１０参照）。他方で、コヒーレント検出ユニット５１０と同様に、コヒーレント検出ユニット５３０は、光結合器５２－３を導波路５３－１に移動させて、導波路５３－４に結合させるのと同一の導波路５３－１からの局部発振光を導波路５３－６に結合させている。このようにして、検出ユニット５３０に結合された信号光のｘ－偏光成分およびｙ－偏光成分は、同一の局部発振光Ｅ_{ＬＯ，ｉｎ}と混合され得る。導波路５３－５は、適宜省略することができる。
第６の好適実施形態

本好適実施形態に係るコヒーレント検出アレイ６００、６１０、６２０、６３０、６４０、６５０、６６０、６７０の８つの例を、図１４、図１５、図１６、図１７、図１８、図１９、図２０および図２１を参照して説明する。

図１４は、コヒーレント検出アレイ６００の平面図を示す。コヒーレント検出アレイ６００は、図１０に示す実施形態に係るコヒーレント検出ユニット５００の複数のユニットを含むように構成されている。いくつかの側面では、コヒーレント検出アレイ６００は、コヒーレント検出ユニットの他の実施形態を含んでもよい。いくつかの側面では、コヒーレント検出アレイ６００は、コヒーレント検出ユニット５００の複数のユニットを、直線的な構成で連結することによって構成されてもよい。他の側面では、コヒーレント検出アレイの実施形態は、コヒーレント検出ユニットの複数のユニット５００を、直線的な構成以外の幾何学的形状で連結することにより構成されてもよい。コヒーレント検出アレイ６００は、光導波路技術を用いて基板６６上に集積してもよい。

図１４に示すコヒーレント検出アレイ６００は、図２に示すコヒーレント検出アレイ２００と同様であるが、コヒーレント検出アレイ２００で使用されるコヒーレント検出ユニット１００に代えて、図１０に示す実施形態に係るコヒーレント検出ユニット５００を、検出アレイの構成単位として採用した点が本質的に異なる。直線的な構成のいくつかの側面では、コヒーレント検出アレイは、Ｍ×Ｎ個のコヒーレント検出ユニットによりＭ行Ｎ列で構成されてもよい。一例として、図１４に示すコヒーレント検出アレイ６００の実施形態は、３行４列の形態で配置された全てコヒーレント検出ユニット５００である１２個のコヒーレント検出ユニット５００－１、５００－２、５００－３、５００－４、５００－５、５００－６、５００－７、５００－８、５００－９、５００－１０、５００－１１、５００－１２を含む。

コヒーレント検出アレイ６００は、図２に示された実施形態に係るコヒーレント検出アレイ２００を参照して、以下の説明と合わせて理解し得る。

ｘ方向およびｙ方向の偏光で多重化され得る入射信号光を検出するように構成されたコヒーレント検出ユニット５００のいくつかの側面では、コヒーレント検出アレイ６００の各行は、ｘ－偏光用の行符号化導波路とｙ－偏光用の行符号化導波路とを含み、個別のＬＯ光が各行符号化導波路に導入されるように構成されてもよい。コヒーレント検出アレイ６００の接続されたコヒーレント検出ユニット５００のある行の一連の導波路５３－１、５３－５は、その行の行符号化導波路を構成する（図１０および図１４参照）。ｘ偏光用の行符号化導波路のＬＯ光は、光結合器５２－１を介して接続されたコヒーレント検出ユニット５００に結合されてもよく、ｙ偏光用の行符号化導波路のＬＯ光は、光結合器５２－３を介して接続されたコヒーレント検出ユニット５００に結合されてもよい（図１０および図１４参照）。

コヒーレント検出アレイの行符号化導波路に導入されるＬＯ光の電界は、Ｅ_{ＬＯ，ｉｎ ｍｘ}およびＥ_{ＬＯ，ｉｎ ｍｙ}（ｍ＝１、２、...、Ｍであり、Ｍは検出アレイの行数である。）である。導波路からの対応する透過ＬＯ電界は、Ｅ_{ＬＯ，ｏｕｔ ｍｘ}およびＥ_{ＬＯ，ｏｕｔ ｍｙ}である。異なるｍのＬＯ電界Ｅ_{ＬＯ，ｉｎ ｍｘ}およびＥ_{ＬＯ，ｉｎ ｍｙ}は、同一または異なる光周波数、同一または異なる大きさ、および同一または異なる相対位相を有してもよい。

図１４に示すコヒーレント検出アレイ６００については、ＬＯ電界Ｅ_{ＬＯ，ｉｎ １ｘ}およびＥ_{ＬＯ，ｉｎ １ｙ}は、１行目の行符号化導波路６１－１、６１－２にそれぞれ導入され、ＬＯ電界Ｅ_{ＬＯ，ｉｎ ２ｘ}およびＥ_{ＬＯ，ｉｎ ２ｙ}は、２行目の行符号化導波路６１－３、６１－４にそれぞれ導入され、ＬＯ電界Ｅ_{ＬＯ，ｉｎ ３ｘ}およびＥ_{ＬＯ，ｉｎ ３ｙ}は、３行目の行符号化導波路６１－５、６１－６にそれぞれ導入される。

いくつかの側面では、本好適実施形態に係るコヒーレント検出アレイは、各列のコヒーレント検出ユニットについては、光検出器５４－１の電極５５－１、５５－２と、光検出器５４－２の電極５５－３、５５－４とが、個別の列読み出し配線に接続されるように構成されてもよい。他の側面では、光検出器５４－１の電極５５－１、電極５５－２のいずれかと、光検出器５４－２の電極５５－３、電極５５－４のいずれかとが、個別の列読み出し配線に代えて、共通の列読み出し配線に接続されてもよい。

図１４に示す１列目のコヒーレント検出ユニット５００－１、５００－５、５００－９については、光検出器５４－１の電極５５－１、５５－２がそれぞれ列読み出し配線６２－１、６３－１に接続され、光検出器５４－２の電極５５－３、５５－４がそれぞれ列読み出し配線６４－１、６５－１に接続されている。同様に、２列目のコヒーレント検出ユニット５００－２、５００－６、５００－１０については、光検出器５４－１の電極５５－１、５５－２がそれぞれ列読み出し配線６２－２、６３－２に接続され、光検出器５４－２の電極５５－３、５５－４がそれぞれ列読み出し配線６４－２、６５－２に接続されている。同様に、３列目のコヒーレント検出ユニット５００－３、５００－７、５００－１１については、光検出器５４－１の電極５５－１、５５－２がそれぞれ列読み出し配線６２－３、６３－３に接続され、光検出器５４－２の電極５５－３、５５－４がそれぞれ列読み出し配線６４－３、６５－３に接続されている。同様に、４列目のコヒーレント検出ユニット５００－４、５００－８、５００－１２については、光検出器５４－１の電極５５－１、５５－２がそれぞれ列読み出し配線６２－４、６３－４に接続され、光検出器５４－２の電極５５－３、５５－４がそれぞれ列読み出し配線６４－４、６５－４に接続されている。

図２と同様に、図１４のパッドＰａは、周辺読み出し回路に接続され得る列読み出し配線の出力端子である。
第６の好適実施形態の第１の変形例

図１５は、コヒーレント検出アレイ６１０の平面図を示す。コヒーレント検出アレイ６１０は、図１４に示す実施形態に係るコヒーレント検出アレイ６００の変形例である。コヒーレント検出アレイ６００と同様に、コヒーレント検出アレイ６１０は、図１０に示す実施形態に係るコヒーレント検出ユニット５００の複数のユニットを含むように構成することができる。コヒーレント検出アレイ６１０の各行は、導波路５３－１を用いて、一連のコヒーレント検出ユニット５００を連結することにより構成さすることができる（図１０参照）。コヒーレント検出ユニット５００の複数行を電気伝導路により直列に連結して検出アレイを構成してもよい。一例として、図１５に示すコヒーレント検出アレイ６１０の実施形態は、３行４列の形態で配置された全てコヒーレント検出ユニット５００である１２個のコヒーレント検出ユニット５００－１、５００－２、５００－３、５００－４、５００－５、５００－６、５００－７、５００－８、５００－９、５００－１０、５００－１１、５００－１２を含む。

コヒーレント検出アレイ６００と同様に、本好適実施形態に係るコヒーレント検出アレイ６１０は、各列のコヒーレント検出ユニットについては、光検出器５４－１の電極５５－１または電極５５－２のいずれかが列読み出し配線に接続され、同様に、光検出器５４－２の電極５５－３または電極５５－４のいずれかが列読み出し配線に接続されるように構成し得る。

コヒーレント検出ユニット６００と異なり、本好適実施形態に係るコヒーレント検出アレイ６１０は、コヒーレント検出ユニットの光検出器の他の電極が、列読み出し配線により異なる行を横切る代わりに、行符号化配線により異なる列を横切って接続されるように構成し得る。コヒーレント検出アレイ６１０の各行のコヒーレント検出ユニット５００については、光検出器５４－１の電極５５－１または電極５５－２のいずれかが行符号化配線に接続されてもよく、同様に、光検出器５４－２の電極５５－３または電極５５－４のいずれかが行符号化配線に接続されてもよい。いくつかの側面では、レイアウトを簡略化するために、いくつかの行符号化配線を統合してもよい。

図１５に示すコヒーレント検出アレイ６００を参照する。一方で、１列目のコヒーレント検出ユニット５００－１、５００－５、５００－９については、光検出器５４－１の電極５５－２が列読み出し配線６３－１に接続され、光検出器５４－２の電極５５－３が列読み出し配線６４－１に接続されている。

同様に、２列目のコヒーレント検出ユニット５００－２、５００－６、５００－１０については、光検出器５４－１の電極５５－２が列読み出し配線６３－２に接続され、光検出器５４－２の電極５５－３が列読み出し配線６４－２に接続されている。

同様に、３列目のコヒーレント検出ユニット５００－３、５００－７、５００－１１については、光検出器５４－１の電極５５－２が列読み出し配線６３－３に接続され、光検出器５４－２の電極５５－３が列読み出し配線６４－３に接続されている。

同様に、４列目のコヒーレント検出ユニット５００－４、５００－８、５００－１２については、光検出器５４－１の電極５５－２が列読み出し配線６３－４に接続され、光検出器５４－２の電極５５－３が列読み出し配線６４－４に接続されている。

他方で、１行目のコヒーレント検出ユニット５００－１、５００－２、５００－３、５００－４については、光検出器５４－１の電極５５－１が行符号化配線６７－１に接続され、光検出器５４－２の電極５５－４が行符号化配線６８－１に接続されている。

同様に、２行目のコヒーレント検出ユニット５００－５、５００－６、５００－７、５００－８については、光検出器５４－１の電極５５－１が行符号化配線６７－２に接続され、光検出器５４－２の電極５５－４が行符号化配線６８－２に接続されている。

同様に、３行目のコヒーレント検出ユニット５００－９、５００－１０、５００－１１、５００－１２については、光検出器５４－１の電極５５－１が行符号化配線６７－３に接続され、光検出器５４－２の電極５５－４が行符号化配線６８－３に接続されている。

図１５のパッドＰａは、周辺電気回路に接続され得る列読み出し配線および行符号化配線の端子である。
第６の好適実施形態の第２の変形例

図１６は、コヒーレント検出アレイ６２０の平面図を示す。コヒーレント検出アレイ６２０は、図１４に示す実施形態に係るコヒーレント検出アレイ６００の他の変形例である。

図１６に示すコヒーレント検出アレイ６２０は、図１４に示すコヒーレント検出アレイ６００と同様であるが、コヒーレント検出アレイ６００で使用されるコヒーレント検出ユニット５００に代えて、図１１に示す実施形態に係るコヒーレント検出ユニット５１０を、検出アレイの構成単位として採用した点が本質的に異なる。直線的な構成のいくつかの側面では、コヒーレント検出アレイは、Ｍ×Ｎ個のコヒーレント検出ユニットによりＭ行Ｎ列で構成されてもよい。一例として、図１６に示すコヒーレント検出アレイ６２０の実施形態は、３行４列の形態で配置された全てコヒーレント検出ユニット５１０である１２個のコヒーレント検出ユニット５１０－１、５１０－２、５１０－３、５１０－４、５１０－５、５１０－６、５１０－７、５１０－８、５１０－９、５１０－１０、５１０－１１、５１０－１２を含む。

コヒーレント検出ユニット５１０を採用した場合、ｘ－偏光用およびｙ－偏光用の行符号化導波路を１つに統合し、同一の局部発振光Ｅ_{ＬＯ，ｉｎ ｍ}（ｍ＝１、２、...、Ｍであり、Ｍは行数である。）を２つの偏光に使用してもよい。

図１６に示すコヒーレント検出アレイ６２０については、ＬＯ光Ｅ_{ＬＯ，ｉｎ １}は、１行目の行符号化導波路６１－１に導入され、ＬＯ光Ｅ_{ＬＯ，ｉｎ ２}は、２行目の行符号化導波路６１－３に導入され、ＬＯ光Ｅ_{ＬＯ，ｉｎ ３}は、３行目の行符号化導波路６１－５に導入される。
第６の好適実施形態の第３の変形例

図１７は、コヒーレント検出アレイ６３０の平面図を示す。コヒーレント検出アレイ６３０は、図１４に示す実施形態に係るコヒーレント検出アレイ６００の他の変形例である。

コヒーレント検出アレイ６３０は、図１５のコヒーレント検出アレイ６１０および図１６のコヒーレント検出アレイ６２０に従って、コヒーレント検出アレイ６００に加えられた変更を組み合わせたものである。コヒーレント検出アレイ６３０は、図１５および図１６に示す実施形態に係るコヒーレント検出アレイ６１０、６２０を参照して、以下の説明と合わせて理解し得る。

一方で、コヒーレント検出アレイ６２０と同様に、コヒーレント検出アレイ６３０は、コヒーレント検出アレイ６００、６１０で使用されるコヒーレント検出ユニット５００に代えて、図１１に示す実施形態に係るコヒーレント検出ユニット５１０を、検出アレイの構成単位として採用している。

コヒーレント検出ユニット５１０を採用した場合、ｘ－偏光用およびｙ－偏光用の行符号化導波路を１つに統合し、同一の局部発振光Ｅ_{ＬＯ，ｉｎ ｍ}（ｍ＝１、２、...、Ｍであり、Ｍは行数である。）を２つの偏光に使用してもよい。

図１７に示すコヒーレント検出アレイ６３０については、ＬＯ光Ｅ_{ＬＯ，ｉｎ １}は、１行目の行符号化導波路６１－１に導入され、ＬＯ光Ｅ_{ＬＯ，ｉｎ ２}は、２行目の行符号化導波路６１－３に導入され、ＬＯ光Ｅ_{ＬＯ，ｉｎ ３}は、３行目の行符号化導波路６１－５に導入される。

他方で、コヒーレント検出アレイ６１０と同様に、コヒーレント検出アレイ６３０は、検出アレイの各列のコヒーレント検出ユニット５１０については、光検出器５４－１の電極５５－１または電極５５－２のいずれかが、その列の行を横切る列読み出し配線に接続され、光検出器５４－２の電極５５－３または電極５５－４のいずれかが、その列の行を横切る列読み出し配線に接続されるように構成してもよい。一方、検出アレイの各行のコヒーレント検出ユニット５１０の光検出器５４－１、５４－２の他の電極が、その行の列を横切る行符号化配線、または共通の行符号化配線に接続されてもよい。

図１７に示すコヒーレント検出アレイ６３０を参照する。一方で、１列目のコヒーレント検出ユニット５１０－１、５１０－５、５１０－９については、光検出器５４－１の電極５５－２が列読み出し配線６３－１に接続され、光検出器５４－２の電極５５－３が列読み出し配線６４－１に接続されている。

同様に、２列目のコヒーレント検出ユニット５１０－２、５１０－６、５１０－１０については、光検出器５４－１の電極５５－２が列読み出し配線６３－２に接続され、光検出器５４－２の電極５５－３が列読み出し配線６４－２に接続されている。

同様に、３列目のコヒーレント検出ユニット５１０－３、５１０－７、５１０－１１については、光検出器５４－１の電極５５－２が列読み出し配線６３－３に接続され、光検出器５４－２の電極５５－３が列読み出し配線６４－３に接続されている。

同様に、４列目のコヒーレント検出ユニット５１０－４、５１０－８、５１０－１２については、光検出器５４－１の電極５５－２が列読み出し配線６３－４に接続され、光検出器５４－２の電極５５－３が列読み出し配線６４－４に接続されている。

他方で、１行目のコヒーレント検出ユニット５１０－１、５１０－２、５１０－３、５１０－４については、光検出器５４－１の電極５５－１が行符号化配線６７－１に接続され、光検出器５４－２の電極５５－４が行符号化配線６８－１に接続されている。

同様に、２行目のコヒーレント検出ユニット５１０－５、５１０－６、０－７５１、５１０－８については、光検出器５４－１の電極５５－１が行符号化配線６７－２に接続され、光検出器５４－２の電極５５－４が行符号化配線６８－２に接続されている。

同様に、３行目のコヒーレント検出ユニット５１０－９、５１０－１０、５１０－１１、５１０－１２については、光検出器５４－１の電極５５－１が行符号化配線６７－３に接続され、光検出器５４－２の電極５５－４が行符号化配線６８－３に接続されている。
第６の好適実施形態の第４の変形例

図１８は、コヒーレント検出アレイ６４０の平面図を示す。コヒーレント検出アレイ６４０は、図１４に示す実施形態に係るコヒーレント検出アレイ６００の他の変形例である。

図１８に示すコヒーレント検出アレイ６４０は、図１４に示すコヒーレント検出アレイ６００と同様であるが、コヒーレント検出アレイ６００で使用されるコヒーレント検出ユニット５００に代えて、図１２に示す実施形態に係るコヒーレント検出ユニット５２０を、検出アレイの構成単位として採用した点が本質的に異なる。直線的な構成のいくつかの側面では、コヒーレント検出アレイは、Ｍ×Ｎ個のコヒーレント検出ユニットによりＭ行Ｎ列で構成されてもよい。一例として、図１８に示すコヒーレント検出アレイ６４０の実施形態は、３行４列の形態で配置された全てコヒーレント検出ユニット５２０である１２個のコヒーレント検出ユニット５２０－１、５２０－２、５２０－３、５２０－４、５２０－５、５２０－６、５２０－７、５２０－８、５２０－９、５２０－１０、５２０－１１、５２０－１２を含む。
第６の好適実施形態の第５の変形例

図１９は、コヒーレント検出アレイ６５０の平面図を示す。コヒーレント検出アレイ６５０は、図１４に示す実施形態に係るコヒーレント検出アレイ６００の他の変形例である。

コヒーレント検出アレイ６５０は、図１５のコヒーレント検出アレイ６１０および図１８のコヒーレント検出アレイ６４０に従って、コヒーレント検出アレイ６００に加えられた変更を組み合わせたものである。コヒーレント検出アレイ６５０は、図１５および図１８に示すコヒーレント検出アレイ６１０、６４０を参照して、以下の説明と合わせて理解し得る。

一方で、コヒーレント検出アレイ６４０と同様に、コヒーレント検出アレイ６５０は、コヒーレント検出アレイ６００、６１０で使用されるコヒーレント検出ユニット５００に代えて、図１２に示す実施形態に係るコヒーレント検出ユニット５２０を、検出アレイの構成単位として採用している。

他方で、コヒーレント検出アレイ６１０と同様に、コヒーレント検出アレイ６５０は、検出アレイの各列のコヒーレント検出ユニット５２０については、光検出器５４－１の電極５５－１または電極５５－２のいずれかが、その列の行を横切る列読み出し配線に接続され、光検出器５４－２の電極５５－３または電極５５－４のいずれかが、その列の行を横切る列読み出し配線に接続されるように構成し得る。一方、検出アレイの各行のコヒーレント検出ユニット５２０の光検出器５４－１、５４－２の他の電極は、その行の列を横切る行読み出し配線、または共通の行読み出し配線に接続されてもよい。

図１９に示すコヒーレント検出アレイ６５０を参照する。一方で、１列目のコヒーレント検出ユニット５２０－１、５２０－５、５２０－９については、光検出器５４－１の電極５５－２が列読み出し配線６３－１に接続され、光検出器５４－２の電極５５－３が列読み出し配線６４－１に接続されている。

同様に、２列目のコヒーレント検出ユニット５２０－２、５２０－６、５２０－１０については、光検出器５４－１の電極５５－２が列読み出し配線６３－２に接続され、光検出器５４－２の電極５５－３が列読み出し配線６４－２に接続されている。

同様に、３列目のコヒーレント検出ユニット５２０－３、５２０－７、５２０－１１については、光検出器５４－１の電極５５－２が列読み出し配線６３－３に接続され、光検出器５４－２の電極５５－３が列読み出し配線６４－３に接続されている。

同様に、４列目のコヒーレント検出ユニット５２０－４、５２０－８、５２０－１２については、光検出器５４－１の電極５５－２が列読み出し配線６３－４に接続され、光検出器５４－２の電極５５－３が列読み出し配線６４－４に接続されている。

他方で、１行目のコヒーレント検出ユニット５２０－１、５２０－２、５２０－３、５２０－４については、光検出器５４－１の電極５５－１が行符号化配線６７－１に接続され、光検出器５４－２の電極５５－４が行符号化配線６８－１に接続されている。

同様に、２行目のコヒーレント検出ユニット５２０－５、５２０－６、５２０－７、５２０－８については、光検出器５４－１の電極５５－１が行符号化配線６７－２に接続され、光検出器５４－２の電極５５－４が行符号化配線６８－２に接続されている。

同様に、３行目のコヒーレント検出ユニット５２０－９、５２０－１０、５２０－１１、５２０－１２については、光検出器５４－１の電極５５－１が行符号化配線６７－３に接続され、光検出器５４－２の電極５５－４が行符号化配線６８－３に接続されている。
第６の好適実施形態の第６の変形例

図２０は、コヒーレント検出アレイ６６０の平面図を示す。コヒーレント検出アレイ６６０は、図１４に示す実施形態に係るコヒーレント検出アレイ６００の他の変形例である。

図２０に示すコヒーレント検出アレイ６６０は、図１４に示すコヒーレント検出アレイ６００と同様であるが、コヒーレント検出アレイ６００で使用されるコヒーレント検出ユニット５００に代えて、図１３に示す実施形態に係るコヒーレント検出ユニット５３０を、検出アレイの構成単位として採用した点が本質的に異なる。直線的な構成のいくつかの側面では、コヒーレント検出アレイは、Ｍ×Ｎ個のコヒーレント検出ユニットによりＭ行Ｎ列で構成されてもよい。一例として、図２０に示すコヒーレント検出アレイ６６０の実施形態は、３行４列の形態で配置された全てコヒーレント検出ユニット５３０である１２個のコヒーレント検出ユニット５３０－１、５３０－２、５３０－３、５３０－４、５３０－５、５３０－６、５３０－７、５３０－８、５３０－９、５３０－１０、５３０－１１、５３０－１２を含む。

コヒーレント検出ユニット５３０を採用した場合、ｘ－偏光用およびｙ－偏光用の行符号化導波路を１つに統合し、同一の局部発振光Ｅ_{ＬＯ，ｉｎ ｍ}（ｍ＝１、２、...、Ｍであり、Ｍは行数である。）を２つの偏光に使用してもよい。

図２０に示すコヒーレント検出アレイ６６０については、ＬＯ光Ｅ_{ＬＯ，ｉｎ １}は、１行目の行符号化導波路６１－１に導入され、ＬＯ光Ｅ_{ＬＯ，ｉｎ ２}は、２行目の行符号化導波路６１－３に導入され、ＬＯ光Ｅ_{ＬＯ，ｉｎ ３}は、３行目の行符号化導波路６１－５に導入される。
第６の好適実施形態の第７の変形例

図２１は、コヒーレント検出アレイ６７０の平面図を示す。コヒーレント検出アレイ６７０は、図１４に示す実施形態に係るコヒーレント検出アレイ６００の他の変形例である。

コヒーレント検出アレイ６７０は、図１５のコヒーレント検出アレイ６１０および図２０のコヒーレント検出アレイ６６０に従って、コヒーレント検出アレイ６００に加えられた変更を組み合わせたものである。コヒーレント検出アレイ６７０は、図１５および図２０に示す実施形態に係るコヒーレント検出アレイ６１０、６６０を参照して、以下の説明と合わせて理解し得る。

一方で、コヒーレント検出アレイ６６０と同様に、コヒーレント検出アレイ６７０は、コヒーレント検出アレイ６００、６１０で使用されるコヒーレント検出ユニット５００に代えて、図１３に示す実施形態に係るコヒーレント検出ユニット５３０を、検出アレイの構成単位として採用している。

コヒーレント検出ユニット５３０を採用した場合、ｘ－偏光用およびｙ－偏光用の行符号化導波路を１つに統合し、同一の局部発振光Ｅ_{ＬＯ，ｉｎ ｍ}（ｍ＝１、２、...、Ｍであり、Ｍは行数である。）を２つの偏光に使用してもよい。

図２１に示すコヒーレント検出アレイ６７０については、ＬＯ光Ｅ_{ＬＯ，ｉｎ １}は、１行目の行符号化導波路６１－１に導入され、ＬＯ光Ｅ_{ＬＯ，ｉｎ ２}は、２行目の行符号化導波路６１－３に導入され、ＬＯ光Ｅ_{ＬＯ，ｉｎ ３}は、３行目の行符号化導波路６１－５に導入される。

他方で、コヒーレント検出アレイ６１０と同様に、コヒーレント検出アレイ６７０は、検出アレイの各列のコヒーレント検出ユニット５３０については、光検出器５４－１の電極５５－１または電極５５－２のいずれかが、その列の行を横切る列読み出し配線に接続され、光検出器５４－２の電極５５－３または電極５５－４のいずれかが、その列の行を横切る列読み出し配線に接続されるように構成してもよい。一方、検出アレイの各行のコヒーレント検出ユニット５３０の光検出器５４－１、５４－２の他の電極は、その行の列を横切る行符号化配線、または共通の行符号化配線に接続されてもよい。

図２１に示すコヒーレント検出アレイ６７０を参照する。一方で、１列目のコヒーレント検出ユニット５３０－１、５３０－５、５３０－９については、光検出器５４－１の電極５５－２が列読み出し配線６３－１に接続され、光検出器５４－２の電極５５－３が列読み出し配線６４－１に接続されている。

同様に、２列目のコヒーレント検出ユニット５３０－２、５３０－６、５３０－１０については、光検出器５４－１の電極５５－２が列読み出し配線６３－２に接続され、光検出器５４－２の電極５５－３が列読み出し配線６４－２に接続されている。

同様に、３列目のコヒーレント検出ユニット５３０－３、５３０－７、５３０－１１については、光検出器５４－１の電極５５－２が列読み出し配線６３－３に接続され、光検出器５４－２の電極５５－３が列読み出し配線６４－３に接続されている。

同様に、４列目のコヒーレント検出ユニット５３０－４、５３０－８、５３０－１２については、光検出器５４－１の電極５５－２が列読み出し配線６３－４に接続され、光検出器５４－２の電極５５－３が列読み出し配線６４－４に接続されている。

他方で、１行目のコヒーレント検出ユニット５３０－１、５３０－２、５３０－３、５３０－４については、光検出器５４－１の電極５５－１が行符号化配線６７－１に接続され、光検出器５４－２の電極５５－４が行符号化配線６８－１に接続されている。

同様に、２行目のコヒーレント検出ユニット５３０－５、５３０－６、５３０－７、５３０－８については、光検出器５４－１の電極５５－１が行符号化配線６７－２に接続され、光検出器５４－２の電極５５－４が行符号化配線６８－２に接続されている。

同様に、３行目のコヒーレント検出ユニット５３０－９、５３０－１０、５３０－１１、５３０－１２については、光検出器５４－１の電極５５－１が行符号化配線６７－３に接続され、光検出器５４－２の電極５５－４が行符号化配線６８－３に接続されている。
第７の好適実施形態

本好適実施形態に係るコヒーレント検出ユニット７００、７１０の２つの例を、図２２および図２３を参照して説明する。

図２２は、コヒーレント検出ユニット７００の平面図を示す。図２２に示すコヒーレント検出ユニット７００は、偏光分離自由空間－導波路結合器７１と、光結合器７２－１、７２－２、７２－３、７２－４と、導波路７３－１、７３－２、７３－３、７３－４、７３－５、７３－６、７３－７、７３－８、７３－９、７３－１０と、光検出器７４－１、７４－２、７４－３、７４－４と、電極７５－１、７５－２、７５－３、７５－４、７５－５、７５－６、７５－７、７５－８とを含むように構成することができる。また、コヒーレント検出ユニット７００は、１つ以上の変調器および／または加熱器のような追加の構成要素を含むように構成されてもよく、これらは、コヒーレント検出ユニットの特性を変調または変更するために使用されてもよい。これらの追加の構成要素は、図２２に示していない。コヒーレント検出ユニット７００は、光導波路技術を用いて基板７６上に集積してもよい。

コヒーレント検出ユニット７００は、図１に示すコヒーレント検出ユニット１００の改良版である。コヒーレント検出ユニット７００は、２つの偏光成分を個別に測定できるように、ｘ方向およびｙ方向の偏光が多重化され得る入射信号光を検出するように構成されている。コヒーレント検出ユニット７００は、図１に示す実施形態に係るコヒーレント検出ユニット１００を参照して、以下の説明と合わせて理解し得る。

コヒーレント検出ユニット７００は、コヒーレント検出サブユニット１０１、１０２を組み合わせて構成されている（図２２参照）。それぞれは、コヒーレント検出ユニット１００と同様であるが、コヒーレント検出ユニット１００の自由空間－導波路結合器１１に代えて、偏光分離自由空間－導波路結合器７１が用いられている。コヒーレント検出サブユニット１０１は、偏光分離自由空間－導波路結合器７１と、光結合器７２－１、７２－２と、導波路７３－１、７３－２、７３－３、７３－４、７３－５と、光検出器７４－１、７４－２と、電極７５－１、７５－２、７５－３、７５－４とを含むように構成されている。コヒーレント検出サブユニット１０２は、同一の偏光分離自由空間－導波路結合器７１と、光結合器７２－３、７２－４と、導波路７３－６、７３－７、７３－８、７３－９、７３－１０と、光検出器７４－３、７４－４と、電極７５－５、７５－６、７５－７、７５－８とを含むように構成されている。このような構成では、偏光分離自由空間－導波路結合器７１は、２つのコヒーレント検出サブユニット１０１、１０２の共通の構成要素である。

図２２では、導波路７３－１は、局部発振光Ｅ_{ＬＯ，ｉｎ ｘ}が導入され得る一端と、局部発振光Ｅ_{ＬＯ，ｏｕｔ ｘ}が透過され得る他端とを有する。導波路７３－１０は、局部発振光Ｅ_{ＬＯ，ｉｎ ｙ}が導入され得る一端と、局部発振光Ｅ_{ＬＯ，ｏｕｔ ｙ}が透過され得る他端とを有する。

コヒーレント検出ユニット７００は、偏光分離自由空間－導波路結合器７１を用いて、多重化されたｘ－偏光およびｙ－偏光を含み得る信号光Ｅ_{Ｓｉｇ，ｉｎ}を受け取る。信号光Ｅ_{Ｓｉｇ，ｉｎ}は、偏光分離自由空間－導波路結合器７１により受け取られてｘ－偏光とｙ－偏光とに分離されてもよい。一方で、ｘ－偏光は、導波路７３－３を介してコヒーレント検出サブユニット１０１に運ばれ、光検出器７４－１、７４－２で検出されると、電極７５－１、７５－２、７５－３、７５－４に光電流を発生し得る。他方で、ｙ－偏光は、導波路７３－７を介してコヒーレント検出サブユニット１０２に運ばれ、光検出器７４－３、７４－４で検出されると、電極７５－５、７５－６、７５－７、７５－８に光電流を発生し得る。
第７の好適実施形態の変形例

図２３は、コヒーレント検出ユニット７１０の平面図を示す。図２３に示すコヒーレント検出ユニット７１０は、図２２に示す実施形態に係るコヒーレント検出ユニット７００の変形例である。

図２３のコヒーレント検出ユニット７１０は、図２２のコヒーレント検出ユニット７００と同様であるが、光結合器７２－３を導波路７３－１に移動させて、導波路７３－２に結合させるのと同一の導波路７３－１からの局部発振光を導波路７３－６に結合させる点が本質的に異なる。このようにして、検出ユニット７１０に結合された信号光のｘ－偏光成分およびｙ－偏光成分は、同一の局部発振光Ｅ_{ＬＯ，ｉｎ}と混合され得る。導波路７３－１０は、適宜省略することができる。
第８の好適実施形態

本好適実施形態に係るコヒーレント検出アレイ８００、８１０、８２０、８３０の４つの例について、図２４、図２５、図２６および図２７を参照して説明する。

図２４は、コヒーレント検出アレイ８００の平面図を示す。コヒーレント検出アレイ８００は、図２２に示す実施形態に係るコヒーレント検出ユニット７００の複数のユニットを含むように構成されている。いくつかの側面では、コヒーレント検出アレイ８００は、コヒーレント検出ユニットの他の実施形態を含んでもよい。いくつかの側面では、コヒーレント検出アレイ８００は、コヒーレント検出ユニット７００の複数のユニットを、直線的な構成で連結することにより構成されてもよい。他の側面では、コヒーレント検出アレイの実施形態は、コヒーレント検出ユニット７００の複数のユニットを、直線的な構成以外の幾何学的形状で連結することにより構成されてもよい。コヒーレント検出アレイ８００は、光導波路技術を用いて基板８６上に集積してもよい。

図２４に示すコヒーレント検出アレイ８００は、図２に示すコヒーレント検出アレイ２００と同様であるが、コヒーレント検出アレイ２００で使用されるコヒーレント検出ユニット１００に代えて、図２２に示す実施形態に係るコヒーレント検出ユニット７００を、検出アレイの構成単位として採用した点が本質的に異なる。直線的な構成のいくつかの側面では、コヒーレント検出アレイは、Ｍ×Ｎ個のコヒーレント検出ユニットによりＭ行Ｎ列に構成されてもよい。一例として、図２４に示すコヒーレント検出アレイ８００の実施形態は、２行３列の形態で配置された全てコヒーレント検出ユニット７００である６個のコヒーレント検出ユニット７００－１、７００－２、７００－３、７００－４、７００－５、７００－６を含む。

コヒーレント検出アレイ８００は、図２に示す実施形態に係るコヒーレント検出アレイ２００を参照して、以下の説明と合わせて理解し得る。

ｘ方向およびｙ方向の偏光で多重化され得る入射信号光を検出するように構成されたコヒーレント検出ユニット７００のいくつかの側面では、コヒーレント検出アレイ８００の各行は、ｘ－偏光用の行符号化導波路と、ｙ－偏光用の行符号化導波路とを含み、各行符号化導波路に個別のＬＯ光が導入されるように構成されてもよい。コヒーレント検出アレイ８００の接続されたコヒーレント検出ユニット７００のある行の一連の導波路７３－１、７３－１０は、その行の行符号化導波路を構成する（図２２および図２４参照）。ｘ偏光用の行符号化導波路のＬＯ光は、光結合器７２－１を介して接続されたコヒーレント検出ユニット７００に結合されてもよく、ｙ偏光用の行符号化導波路のＬＯ光は、光結合器７２－３を介して接続されたコヒーレント検出ユニット７００に結合されてもよい（図２２および図２４参照）。

コヒーレント検出アレイの行符号化導波路に導入されるＬＯ光の電界は、Ｅ_{ＬＯ，ｉｎ ｍｘ}およびＥ_{ＬＯ，ｉｎ ｍｙ}（ｍ＝１、２、...、Ｍであり、Ｍは検出アレイの行数である。）である。導波路からの対応する透過ＬＯ電界は、Ｅ_{ＬＯ，ｏｕｔ ｍｘ}およびＥ_{ＬＯ，ｏｕｔ ｍｙ}である。異なるｍのＬＯ電界Ｅ_{ＬＯ，ｉｎ ｍｘ}およびＥ_{ＬＯ，ｉｎ ｍｙ}は、同一または異なる光周波数、同一または異なる大きさ、同一または異なる相対位相を有してもよい。

図２４に示すコヒーレント検出アレイ８００については、ＬＯ電界Ｅ_{ＬＯ，ｉｎ １ｘ}およびＥ_{ＬＯ，ｉｎ １ｙ}は、１行目の行符号化導波路８１－１、８１－２にそれぞれ導入され、ＬＯ電界Ｅ_{ＬＯ，ｉｎ ２ｘ}およびＥ_{ＬＯ，ｉｎ ２ｙ}は、２行目の行符号化導波路８１－３、８１－４にそれぞれ導入される。

いくつかの側面では、本好適実施形態に係るコヒーレント検出アレイは、各列のコヒーレント検出ユニットについては、光検出器７４－１の電極７５－１、７５－２、光検出器７４－２の電極７５－３、７５－４、光検出器７４－３の電極７５－５、７５－６および光検出器７４－４の電極７５－７、７５－８が、個別の列読み出し配線に接続されるように構成されてもよい。他の側面では、光検出器７４－１の電極７５－１または電極７５－２のいずれかと、光検出器７４－２の電極７５－３または電極７５－４のいずれかとが、個別の列読み出し取配線に代えて、共通の列読み出し配線に接続されていてもよい。光検出器７４－３の電極７５－５または電極７５－６のいずれかと、光検出器７４－４の電極７５－７または電極７５－８のいずれかとが、個別の列読み出し配線に代えて、共通の列読み出し配線に接続されてもよい。さらなる側面では、レイアウトを簡素化するために、いくつかの列読み出し配線を統合してもよい。

図２４に示す１列目のコヒーレント検出ユニット７００－１、７００－４については、光検出器７４－１の電極７５－１が列読み出し配線８２－１に接続され、光検出器７４－２の電極７５－３が列読み出し配線８３－１に接続され、光検出器７４－３の電極７５－５が列読み出し配線８８－１に接続され、光検出器７４－４の電極７５－７が列読み出し配線８９－１に接続されている。また、光検出器７４－１の電極７５－２および光検出器７４－２の電極７５－４は、共通の列読み出し配線８４－１に接続され、光検出器７４－３の電極７５－６および光検出器７４－４の電極７５－８は、共通の列読み出し配線８７－１に接続されている。

同様に、２列目のコヒーレント検出ユニット７００－２、７００－５については、光検出器７４－１の電極７５－１が列読み出し配線８２－２に接続され、光検出器７４－２の電極７５－３が列読み出し配線８３－２に接続され、光検出器７４－３の電極７５－５が列読み出し配線８８－２に接続され、光検出器７４－４の電極７５－７が列読み出し配線８９－２に接続されている。また、光検出器７４－１の電極７５－２および光検出器７４－２の電極７５－４が共通の列読み出し配線８４－２に接続され、光検出器７４－３の電極７５－６および光検出器７４－４の電極７５－８が共通の列読み出し配線８７－２に接続されている。

同様に、３列目のコヒーレント検出ユニット７００－３、７００－６については、光検出器７４－１の電極７５－１が列読み出し配線８２－３に接続され、光検出器７４－２の電極７５－３が列読み出し配線８３－３に接続され、光検出器７４－３の電極７５－５が列読み出し配線８８－３に接続され、光検出器７４－４の電極７５－７が列読出配線８９－３に接続されている。また、光検出器７４－１の電極７５－２および光検出器７４－２の電極７５－４が共通の列読み出し配線８４－３に接続され、光検出器７４－３の電極７５－６および光検出器７４－４の電極７５－８が共通の列読み出し配線８７－３に接続されている。

図２と同様に、図２４のパッドＰａは、周辺読み出し回路に接続され得る列読み出し配線の出力端子である。
第８の好適実施形態の第１の変形例

図２５は、コヒーレント検出アレイ８１０の平面図を示す。コヒーレント検出アレイ８１０は、図２４に示す実施形態に係るコヒーレント検出アレイ８００の変形例である。コヒーレント検出アレイ８００と同様に、コヒーレント検出アレイ８１０は、図２２に示す実施形態に係るコヒーレント検出ユニット７００の複数のユニットを含むように構成することができる。コヒーレント検出アレイ８１０の各行は、導波路７３－１を用いて、一連のコヒーレント検出ユニット７００を連結することにより構成することができる（図２２参照）。コヒーレント検出ユニット７００の複数行は、電気伝導路により直列に連結して検出アレイを構成してもよい。一例として、図２５に示すコヒーレント検出アレイ８１０の実施形態は、２行３列の形態で配置された全てコヒーレント検出ユニット７００である６個のコヒーレント検出ユニット７００－１、７００－２、７００－３、７００－４、７００－５、７００－６を含む。

コヒーレント検出アレイ８００と同様に、本好適実施形態に係るコヒーレント検出アレイ８１０は、各列のコヒーレント検出ユニットについては、光検出器７４－１の電極７５－１または電極７５－２のいずれかが列読み出し配線に接続され、光検出器７４－２の電極７５－３または電極７５－４のいずれかが列読み出し配線に接続され、光検出器７４－３の電極７５－５または電極７５－６のいずれかが列読み出し配線に接続され、光検出器７４－４の電極７５－７または電極７５－８のいずれかが列読み出し配線に接続されるように構成し得る。

コヒーレント検出アレイ８００とは異なり、本好適実施形態に係るコヒーレント検出アレイ８１０は、コヒーレント検出ユニットの光検出器の他の電極が、列読み出し配線により異なる行を横切る代わりに、行符号化配線により異なる列を横切って接続されるように構成し得る。いくつかの側面では、コヒーレント検出アレイ８１０の各行のコヒーレント検出ユニット７００については、光検出器７４－１の電極７５－１または電極７５－２のいずれかが行符号化配線に接続され、光検出器７４－２の電極７５－３または電極７５－４のいずれかが行符号化配線に接続され、光検出器７４－３の電極７５－５または電極７５－６のいずれかが行符号化配線に接続され、光検出器７４－４の電極７５－７または電極７５－８のいずれかが行符号化配線に接続されてもよい。他の側面では、光検出器７４－１の電極７５－１または電極７５－２のいずれかと、光検出器７４－２の電極７５－３または電極７５－４のいずれかとが、個別の行符号化配線に代えて、共通の行符号化配線に接続され、光検出器７４－３の電極７５－５または電極７５－６のいずれかと、光検出器７４－４の電極７５－７または電極７５－８のいずれかとが、個別の行符号化配線に代えて、共通の行符号化配線に接続されてもよい。さらなる側面では、レイアウトを簡素化するために、いくつかの行符号化配線を統合し、および／または、いくつかの列読み出し配線を統合してもよい。

図２５に示すコヒーレント検出アレイ８１０を参照する。一方で、１列目のコヒーレント検出ユニット７００－１、７００－４については、光検出器７４－１の電極７５－１が列読み出し配線８２－１に接続され、光検出器７４－２の電極７５－３が列読み出し配線８３－１に接続され、光検出器７４－３の電極７５－５が列読み出し配線８８－１に接続され、光検出器７４－４の電極７５－７が列読み出し配線８９－１に接続されている。

同様に、２列目のコヒーレント検出ユニット７００－２、７００－５については、光検出器７４－１の電極７５－１が列読み出し配線８２－２に接続され、光検出器７４－２の電極７５－３が列読み出し配線８３－２に接続され、光検出器７４－３の電極７５－５が列読み出し配線８８－２に接続され、光検出器７４－４の電極７５－７が列読み出し配線８９－２に接続されている。

同様に、３列目のコヒーレント検出ユニット７００－３、７００－６については、光検出器７４－１の電極７５－１が列読み出し配線８２－３に接続され、光検出器７４－２の電極７５－３が列読み出し配線８３－３に接続され、光検出器７４－３の電極７５－５が列読み出し配線８８－３に接続され、光検出器７４－４の電極７５－７が列読み出し配線８９－３に接続されている。

他方で、１行目のコヒーレント検出ユニット７００－１、７００－２、７００－３については、光検出器７４－１の電極７５－２および光検出器７４－２の電極７５－４が共通の行符号化配線８１１－１に接続され、光検出器７４－３の電極７５－６および光検出器７４－４の電極７５－８が共通の行符号化配線８１２－１に接続されている。

同様に、２行目のコヒーレント検出ユニット７００－４、７００－５、７００－６については、光検出器７４－１の電極７５－２および光検出器７４－２の電極７５－４が共通の行符号化配線８１１－２に接続され、光検出器７４－３の電極７５－６および光検出器７４－４の電極７５－８が共通の行符号化配線８１２－２に接続されている。

図２５のパッドＰａは、周辺電気回路に接続され得る列読み出し配線および行符号化配線の端子である。
第８の好適実施形態の第２の変形例

図２６は、コヒーレント検出アレイ８２０の平面図を示す。コヒーレント検出アレイ８２０は、図２４に示す実施形態に係るコヒーレント検出アレイ８００の他の変形例である。

図２６に示すコヒーレント検出アレイ８２０は、図２４に示すコヒーレント検出アレイ８００と同様であるが、コヒーレント検出アレイ８００で使用されるコヒーレント検出ユニット７００に代えて、図２３に示す実施形態に係るコヒーレント検出ユニット７１０を、検出アレイの構成単位として採用した点が本質的に異なる。直線的な構成のいくつかの側面では、コヒーレント検出アレイは、Ｍ×Ｎ個のコヒーレント検出ユニットによりＭ行Ｎ列で構成されてもよい。一例として、図２６に示すコヒーレント検出アレイ８２０の実施形態は、２行３列の形態で配置された全てコヒーレント検出ユニット７１０である６個のコヒーレント検出ユニット７１０－１、７１０－２、７１０－３、７１０－４、７１０－５、７１０－６を含む。

コヒーレント検出ユニット７１０を採用した場合、ｘ－偏光用およびｙ－偏光用の行符号化導波路を１つに統合し、同一の局部発振光Ｅ_{ＬＯ，ｉｎ ｍ}（ｍ＝１、２、...、Ｍであり、Ｍは行数である。）を２つの偏光に使用してもよい。

図２６に示すコヒーレント検出アレイ８２０については、ＬＯ光Ｅ_{ＬＯ，ｉｎ １}は、１行目の行符号化導波路８１－１に導入され、ＬＯ光Ｅ_{ＬＯ，ｉｎ ２}は、２行目の行符号化導波路８１－３に導入される。
第８の好適実施形態の第３の変形例

図２７は、コヒーレント検出アレイ８３０の平面図を示す。コヒーレント検出アレイは８３０は、図２４に示す実施形態に係るコヒーレント検出アレイ８００の他の変形例である。

コヒーレント検出アレイ８３０は、図２５のコヒーレント検出アレイ８１０および図２６のコヒーレント検出アレイ８２０に従って、コヒーレント検出アレイ８００に加えられた変更を組み合わせたものである。コヒーレント検出アレイ８３０は、図２５および図２６に示す実施形態に係るコヒーレント検出アレイ８１０、８２０を参照して、以下の説明と合わせて理解し得る。

一方で、コヒーレント検出アレイ８２０と同様に、コヒーレント検出アレイ８３０は、コヒーレント検出アレイ８００、８１０で使用されるコヒーレント検出ユニット７００に代えて、図２３に示す実施形態に係るコヒーレント検出ユニット７１０を、検出アレイの構成単位として採用している。

コヒーレント検出ユニット７１０を採用した場合、ｘ－偏光用およびｙ－偏光用の行符号化導波路を１つに統合し、同一の局部発振光Ｅ_{ＬＯ，ｉｎ ｍ}（ｍ＝１、２、...、Ｍであり、Ｍは行数である。）を２つの偏光に使用してもよい。

図２７に示すコヒーレント検出アレイ８３０については、ＬＯ光Ｅ_{ＬＯ，ｉｎ １}は、１行目の行符号化導波路８１－１に導入され、ＬＯ光Ｅ_{ＬＯ，ｉｎ ２}は、２行目の行符号化導波路８１－３に導入される。

他方で、コヒーレント検出アレイ８１０と同様に、コヒーレント検出アレイ８３０は、検出アレイの各列のコヒーレント検出ユニット７１０については、光検出器７４－１の電極７５－１または電極７５－２のいずれかが列読み出し配線に接続され、光検出器７４－２の電極７５－３または電極７５－４のいずれかが列読み出し配線に接続され、光検出器７４－３の電極７５－５または電極７５－６のいずれかが列読み出し配線に接続され、光検出器７４－４の電極７５－７または電極７５－８のいずれかが列読み出し配線に接続されるように構成してもよい。一方、検出アレイの各行のコヒーレント検出ユニット７１０の光検出器７４－１、７４－２、７４－３、７４－４の他の電極は、その行の列を横切る行符号化配線に接続されていてもよい。いくつかの側面では、レイアウトを簡素化するために、いくつかの行符号化配線を統合し、および／または、いくつかの列読み出し配線を統合してもよい。

図２７に示すコヒーレント検出アレイ８３０を参照する。一方で、１列目のコヒーレント検出ユニット７１０－１、７１０－４については、光検出器７４－１の電極７５－１が列読み出し配線８２－１に接続され、光検出器７４－２の電極７５－３が列読み出し配線８３－１に接続され、光検出器７４－３の電極７５－５が列読み出し配線８８－１に接続され、光検出器７４－４の電極７５－７が列読み出し配線８９－１に接続されている。

同様に、２列目のコヒーレント検出ユニット７１０－２、７１０－５については、光検出器７４－１の電極７５－１が列読み出し配線８２－２に接続され、光検出器７４－２の電極７５－３が列読み出し配線８３－２に接続され、光検出器７４－３の電極７５－５が列読み出し配線８８－２に接続され、光検出器７４－４の電極７５－７が列読み出し配線８９－２に接続されている。

同様に、３列目のコヒーレント検出ユニット７１０－３、７１０－６については、光検出器７４－１の電極７５－１が列読み出し配線８２－３に接続され、光検出器７４－２の電極７５－３が列読み出し配線８３－３に接続され、光検出器７４－３の電極７５－５が列読み出し配線８８－３に接続され、光検出器７４－４の電極７５－７はが列読み出し配線８９－３に接続されている。

他方で、１行目のコヒーレント検出ユニット７１０－１、０－２７１、７１０－３については、光検出器７４－１の電極７５－２および光検出器７４－２の電極７５－４が共通の行符号化配線８１１－１に接続され、光検出器７４－３の電極７５－６および光検出器７４－４の電極７５－８が共通の行符号化配線８１２－１に接続されている。

同様に、２行目のコヒーレント検出ユニット７１０－４、７１０－５、７１０－６についても、光検出器７４－１の電極７５－２および光検出器７４－２の電極７５－４が共通の行符号化配線８１１－２に接続され、光検出器７４－３の電極７５－６および光検出器７４－４の電極７５－８が共通の行符号化配線８１２－２に接続されている。
多重化方法

以下、本発明におけるコヒーレント検出アレイに適用し得る信号多重化方法について説明する。いくつかの側面では、信号多重化方法は、本発明におけるコヒーレント検出アレイの構成の実施形態に適用することができる。また、他の側面では、信号多重化方法は、言及されない他の検出アレイの構成および設計に適用されてもよい。

信号多重化方法は、コヒーレント検出アレイの高い自由度を活用する方法を含む。これらの多重化方法は、光学領域と電気領域とに分類することができる。これらの方法には、局部発振器により実現されるものと、ＰＩＣ型の検出アレイの構成要素の特性および応答に関連するものとを含んでもよい。

光学領域での多重化には、検出アレイの局部発振器および光導波路の特性の操作を挙げることができる。検出アレイの各検出ユニットまたは検出ユニットのグループにおけるＬＯ光の振幅、周波数および位相を制御することにより、ＬＯを介した多重化が可能となる。生成された光電流は、多重化され、多重化電気読み出し信号を形成することができる。また、検出ユニットのＬＯの振幅、周波数および位相は、時間的に変調され、多重化電気読み出し信号がそれに応じて時間的に変化するようにしてもよい。

検出アレイの導波路を介した多重化は、検出アレイの導波路の屈折率を電気的、熱的または光学的に制御することにより可能とすることができる。導波路の屈折率を電気的に制御する方法としては、電気光学（ＥＯ）効果を利用する方法を挙げることができる。導波路の屈折率を熱的に制御する方法としては、熱光学（ＴＯ）効果を利用する方法を挙げることができる。導波路の屈折率を光学的に制御する方法としては、クロスフェイズモジュレーション（ＸＰＭ）のような非線形光学効果を利用する方法を挙げることができる。いくつかの側面では、導波路の屈折率の操作は、局部発振光が導かれる導波路に適用してもよい。これにより、ＬＯの振幅、周波数および位相を操作するのと同様の効果が得らることができる。他の側面では、導波路の屈折率の操作は、信号光を導く導波路に適用してもよい。

電気領域での多重化には、光検出器の応答性のようなコヒーレント検出アレイの検出ユニットの構成要素の電気応答または特性の操作を挙げることができる。光検出器の応答性に基づく多重化は、検出アレイの各検出ユニットまたは検出ユニットのグループにおいて光検出器に印加される電圧の振幅、周波数および位相を制御することにより可能とすることができる。印加電圧により応答性が変化する光検出器としては、非特許文献１［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)］に記載されるような自己混合型検出器が挙げられる。異なるコヒーレント検出ユニットからの変調光電流は、多重化され、多重化電気読み出し信号を形成することができる。また、検出ユニットの光検出器に印加される電圧の振幅、周波数および位相は、時間的に変調され、多重化電気読み出し信号がそれに応じて時間的に変化するようにしてもよい。

時分割多重化方式、空間分割多重化方式、ＬＯを利用した多重化方式、検出アレイの導波路を利用した多重化方式および光検出器の応答性を利用した多重化方式の任意の組み合わせは、コヒーレント検出アレイに同時に適用してもよいし、同時に適用しなくてもよい。信号の後処理は、多重化電気読み出し信号に適用され、検出ユニットで測定された信号光に関する情報を抽出してもよい。

図２８は、コヒーレント検出アレイ９１と、光入力回路９２と、電気多重化回路９３と、電気読み出し回路９４とを備えるコヒーレント検出装置の概念図を示す。この装置では、時分割多重化方式、空間分割多重化方式、ＬＯを利用した多重化方式、検出アレイの導波路を利用した多重化方式、および光検出器の応答性を利用した多重化方式を任意に組み合わせて適用してもよい。

図２、図３、図６、図７、図８、図９、図１４、図１５、図１６、図１７、図１８、図１９、図２０、図２１、図２４、図２５、図２６および図２７に示す本発明のコヒーレント検出アレイの実施形態については、コヒーレント検出アレイのｎ列目の列読み出し配線の出力端での電流は、次式に比例する。

ここで、ｔは時間を表し、Ｅ_{ＬＯ，ｉｎ（ｍ）}（ｔ）は、ｍ列目のＬＯ光の電界であり、Ｅ_{Ｓｉｇ，ｉｎ（ｍ，ｎ）}（ｔ）は、ｍ行ｎ列のコヒーレント検出ユニットで自由空間－導波路結合器に結合された信号光の電界であり、Ｒ_{（ｍ，ｎ）}（ｔ）は、対応する光検出器の応答性である。指標ｍ＝１、２、_・・・Ｍおよび指標ｎ＝１、２、_・・・Ｎであり、ＭおよびＮは、それぞれコヒーレント検出アレイの行数および列数を表す。量Ｐ_{０（ｍ，ｎ）}は、ｍ行ｎ列上のコヒーレント検出ユニットでの信号光および局部発振光の平均強度に比例する直接成分である。図２、図３、図６、図７、図８、図９、図１４、図１５、図１６、図１７、図１８、図１９、図２０および図２１に示すコヒーレント検出アレイの実施形態については、Ｍ＝３およびＮ＝４であり、一方、図２４、図２５、図２６および図２７の例については、Ｍ＝２およびＮ＝３である。図１４、図１５、図１６、図１７、図１８、図１９、図２０、図２１、図２４、図２５、図２６および図２７に示すコヒーレント検出アレイの実施形態については、局部発振光の電界Ｅ_{ＬＯ，ｉｎ（ｍ）}（ｔ）および式（１）で示す信号光の電界Ｅ_{Ｓｉｇ，ｉｎ（ｍ，ｎ）}（ｔ）は、さらに偏光により指標化されてもよい。また、光検出器の応答性Ｒ_{（ｍ，ｎ）}（ｔ）は、複数の光検出器が実装されているコヒーレント検出ユニットでは、検出器ラベルを指標としてもよい。光検出器の応答性Ｒ_{（ｍ，ｎ）}（ｔ）は、コヒーレント検出アレイの較正により決定されてもよい。式（１）では、簡略化のため、存在し得るノイズ成分を無視している。

以下では、ＬＯおよび光検出器の応答性の操作により発揮されるコヒーレント検出のための光学領域および電気領域における高い自由度を活用する多重化方法の実施形態について説明する。
局部発振器による多重化方法

以下では、本発明のコヒーレント検出アレイの設計を活用し、局部発振器を利用した多重化方法の原理および実施形態について説明する。

いくつかの側面では、信号読み出しのための多重化は、ＬＯを操作することにより実現され得る。このような状況では、光検出器の応答性Ｒ_{（ｍ，ｎ）}は、時間に依存しないか、または時間でゆっくりと変化するものとして扱うことができる。次に、式（１）の電流のクロス成分〈Ｅ_{ＬＯ，ｉｎ（ｍ）}（ｔ）Ｅ_{Ｓｉｇ，ｉｎ（ｍ，ｎ）}（ｔ）〉は、クロス成分に比べて直接成分がゆっくりと変化する場合、適切なフィルタで直接成分を抑制することにより抽出してもよく、あるいはバランス型構成が実施された図２、図３、図２４、図２５、図２６および図２７に示すコヒーレント検出アレイの実施形態の場合、光検出器による光電流間の差をとることにより抽出してもよい。コヒーレント検出アレイのｎ列目の列読み出し配線の出力端での電流のクロス成分は、次式に比例する。

式（２）は、ｍ行目の行符号化導波路に、非ゼロ振幅の局部発振光Ｅ_{ＬＯ，ｉｎ（ｍ）}を導入するとともに、他の行の局部発振光をゼロに設定することにより、ｎ列目の列読み出し配線の出力端での電流のクロス成分は、〈Ｅ_{ＬＯ，ｉｎ（ｍ）}（ｔ）Ｅ_{Ｓｉｇ，ｉｎ（ｍ，ｎ）}（ｔ）〉に比例することを表す。その結果、局部発振光は、コヒーレント検出アレイの特定の行を選択するのに使用し得る。

いくつかの側面では、信号多重化のための上記方法は、式（２）を考慮して、局部発振光を制御し、コヒーレント検出アレイの行を順次または非順次に１つずつ選択して、全ての行をＭステップで読み出すことにより実施されてもよい。他の側面では、多重化は、非ゼロの局部発振光をコヒーレント検出アレイの行のサブセットに同時に導入することにより行われてもよい。さらに、局部発振光は、異なる時間に、コヒーレント検出アレイの行の異なるサブセットに導入されてもよい。また、検出アレイの異なる列の列読み出し配線の出力端での電気信号は、外部回路に出力する既存の一般的な読み出し方法を使用して多重化してもよい。さらに、信号後処理を適用して、信号光の情報を抽出してもよい。

ＬＯの周波数または振幅に基づく多重化方法の実施形態の２つの他の例について、以下に説明する。例は非網羅的であることが理解される。いくつかの側面では、他の多重化方式を使用して、局部発振光の振幅、周波数および位相の任意の組み合わせを利用してもよい。
局部発振器の周波数オフセットに基づく多重化方法

以下では、局部発振器の周波数を利用した多重化方法の一実施形態について説明する。

いくつかの側面では、異なる光周波数を有する局部発振光をコヒーレント検出アレイの異なる行に導入して、式（２）に従って列読み出し配線の電流を多重化してもよい。この点において、式（２）の和の異なる項は、異なるビート周波数を示し、信号処理を適用して、異なる行の情報を多重化解除してもよい。

ＬＯの異なる周波数を利用した多重化方法のコヒーレント検出への応用は、ＦＭＣＷ－ＬＩＤＡＲ（非特許文献［A. Dieckmann, "FMCW-LIDAR with tunable twin-guide laser diode," Electronics Letters 30, 308-309 (1994)］参照）を拡張して、全方位同時３Ｄ ＦＭＣＷ－ＬＩＤＡＲを実現する。中心周波数ｆ_０で変調（chirp）された直線的な周波数を有する全周照射型プローブレーザーを用いて、周波数可変範囲Ｂで掃引周期Ｔ_ｓの間、ターゲットに３Ｄ ＦＭＣＷ－ＬＩＤＡＲを適用する場合を例に挙げる。コヒーレント検出アレイでは、ｍ行目の局部発振光Ｅ_{ＬＯ，ｉｎ ｍ}がｆ_０からΩ_ｍ（ｍ＝１，_．．．，Ｍである。）だけ周波数オフセットされると、ｎ列目の列読み出し配線の出力端でのＦＭＣＷ光電流のクロス成分は、位相因子が以下である次式に比例する。

位相因子：

ここで、τ_ｍｎはターゲットを透過および反射するプローブビームが、ｍ行ｎ列のコヒーレント検出ユニットに到達するまでの往復時間である。位相差ΔΦ_ｍｎ（ｔ，τ）は、レーザーの位相ノイズを含む。周波数オフセットΩ_ｍを、限定されないが、

（τ_ｃは、プローブレーザーのコヒーレンス時間である。）のように十分に大きな値に設定して、異なるｍ行目のＦＭＣＷ光電流成分を異なる周波数帯にシフトさせることにより、全てのｍの往復時間τ_ｍｎは、ＦＭＣＷ光電流の周波数スペクトルから一意に決定してもよい。その結果、局部発振器磁場の周波数を利用して、コヒーレント検出アレイの行のサブセットを選択し、その行の信号の情報を多重化解除することができる。

図２９Ａおよび図２９Ｂは、ＬＯ周波数オフセットの有無でのＦＭＣＷ光電流のクロス成分のスペクトルの例をそれぞれ模式的に示す。対象となる信号は、純粋な実数であるため、正の周波数のみが示されている。図２９Ａは、周波数オフセットがないスペクトルの場合の例を示し、式（３）（Ω_ｍ＝０）に対応する。１つの列の３つの検出ユニット（例えば、１列目の１行目、２行目、３行目における検出ユニット１、２、３）からの信号からなる光電流の例を考えると、検出ユニット１、３は、いずれもΔＴ_Ｓ／Ｂに等しい往復時間、すなわちτ_１１＝τ_３１＝ΔＴ_Ｓ／Ｂのプローブビームからの信号を検出し、検出ユニット２は、往復時間τ_２１＝Δ'Ｔ_Ｓ／Ｂのプローブビームからの信号を検出する。ここでは、説明のため、３つの検出ユニットでの信号は、同一の振幅および位相が同一であると仮定する。検出ユニット１、３の往復時間は同一なので、検出ユニット１、３からの光電流は加算される。したがって、図２９Ａに描かれるように、周波数Δの光電流の振幅は、周波数Δ'の光電流の振幅の２倍となる。また、３つの検出ユニットからの光電流は加算されるため、加算された光電流からそれぞれの寄与を区別することはできない。図２９Ｂは、検出ユニット１、２、３それぞれのＬＯに周波数オフセットΩ_ｍ（ｍ＝１、２、３）を適用した場合のスペクトルの例を示す。３つの検出ユニットからの光電流の周波数が異なるバンドに分離され、検出ユニットの寄与とともに、検出ユニットでのプローブビームの往復時間情報を個別に決定し得る。
圧縮センシングに基づく多重化方法

以下では、局部発振器の振幅を利用した多重化方法の一実施形態について説明する。

いくつかの側面では、コヒーレント検出アレイの行のサブセットの選択および信号後処理は、圧縮センシング（ＣＳ）の方法に基づいてもよい（非特許文献１［D. L. Donoho, "Compressed sensing," IEEE Transactions on Information Theory 52, 1289 (2000)］参照）。多重化方法の原理を説明するために、以下の説明では入射信号光を連続波（ＣＷ）信号としているが、一般的にはどのような入射信号光に対しても有効な方法である。

ＣＳ法のいくつかの実施形態では、入射信号光はＫ回測定され、各測定はｋ＝１，２，_．．．，Ｋの継続時間Ｔ_ｋの間継続することができる。式（２）に従ってｋ回目の測定時にコヒーレント検出アレイのｎ列目の列読み出し配線の出力端での電流のクロス成分は、次式に比例する。

ここで、

は、ｋ回目の測定におけるｍ行目の行符号化導波路での局部発振光であり、

および｜Ｅ_{Ｓｉｇ，ｉｎ（ｍ，ｎ）}｜は、それぞれ

およびＥ_{Ｓｉｇ，ｉｎ（ｍ，ｎ）}（ｔ_ｋ）の大きさであり、Δ_ｍｎは、ｍ行ｎ列の検出ユニットでの信号光および局部発振光のビート周波数であり、θ'_ｍｎは、対応する位相シフトである。時間ｔ_ｋは、ｋ回目の測定の継続時間Ｔ_ｋに含まれる。説明のために、θ'_ｍｎが決定論的である場合、すなわち式（２）の位相変動を無視した場合を考える。フーリエ領域では、式（４）は、行列形式Ｉ_{ａｃ（ｎ）}＝Ｅ_ＬＯχ_ｎで記載することができる。ここで、ベクトルχ_ｎの要素は、｜Ｅ_{Ｓｉｇ，ｉｎ（ｍ，ｎ）}｜｜ｅ^ｉθ'ｍｎδ（ｆ－Δ_ｍｎ）＋ｅ^{－ｉθ'ｍｎ}δ（ｆ＋Δ_ｍｎ）｜（δ（ｆ）はフーリエ領域のデルタ関数である。）となる。ここで、任意のｎ列について、Ｉ_{ａｃ（ｎ）}は長さＫのベクトルであり、χ_ｎは長さＭのベクトルであり、Ｅ_ＬＯはサイズＫ×Ｍの行列である。よって、

により表されるように、定数Ｒ_{（ｍ，ｎ）}を有する局部振動光は、ＣＳにおけるセンシング行列の役割を果たす。未知の信号ベクトルχ_ｎがＣＳ理論に従ってまばら（sparse）な場合、信号再構成アルゴリズムにより効率的に復元してもよい。
光検出器による多重化方法

以下では、本発明のコヒーレント検出アレイの設計を活用し、光検出器の特性を利用した多重化方法の原理とその実施形態について説明する。

いくつかの側面では、光検出器の特性の操作による多重化は、行符号化配線が実施される図３、図７、図９、図１５、図１７、図１９、図２１、図２５および図２７に示すコヒーレント検出アレイの実施形態において実施されてもよい。その場合、光検出器の応答性は、Ｒ_{（ｍ，ｎ）}ｆ_（ｍ）（ｔ）の形式で記載されることにより、応答性の時間依存性がコヒーレント検出アレイの検出ユニットの行全体で同一となり、係数Ｒ_{（ｍ，ｎ）}が異なる検出ユニットの異なる光検出器間の応答性のばらつきを説明することができる。関数ｆ_（ｍ）（ｔ）は、検出アレイのｍ行目の光検出器に印加する電圧を変更することにより時間的に制御することができる。式（１）によれば、コヒーレント検出アレイのｎ列目の列読み出し配線の出力端での電流は、次式のように記載される。

式（５）によれば、時分割多重化方法は、非ゼロ値をｆ_（ｍ）（ｔ）に設定するとともに、他の行をオフすることにより、ｍ行目の光検出器の出力を選択するように実施することができる。

いくつかの側面では、関数ｆ_（ｍ）（ｔ）は、式（３）で表される局部発振器の周波数オフセットに基づく多重化方法と同様の方法で、出力信号を多重化するための周波数オフセットを提供するために利用することができる。一例として、局部発振器の周波数オフセットがゼロに設定され、応答性がｆ_（ｍ）（ｔ）＝Ｃ_ｍ＋Ａ_ｍｃｏｓ２πΩ_ｍｔの形式をとる全方位同時３Ｄ ＦＭＣＷ－ＬＩＤＡＲへの適用を考える。この場合、式（５）は、次式のように記載される。

ここで、ベースバンド電流は次のように与えられ、

バンドシフト電流は、次のように与えられる。

一方で、式（７）のベースバンド電流は、光検出器の応答性の時間的な変調による多重化の影響を受けない信号成分に相当する。

他方で、式（３）で表される状況と同様に、検出アレイの異なる行での式（８）に従うバンドシフト電流の和は、光検出器の応答性の変調周波数Ω_ｍによりシフトされる。変調周波数Ω_ｍが十分に大きい場合、異なるｍの距離情報τ_ｍｎを含むＦＭＣＷ光電流成分は、異なる周波数帯にシフトされる場合がある。その結果、光検出器の応答性に適用される周波数変調を利用して、ＬＯ周波数オフセットによる多重化方法と同様に、コヒーレント検出アレイの行のサブセットを選択し、行の信号の情報を多重化解除することができる。

式（３）で表される状況とは異なり、バンドシフト電流の距離情報は、Ω_ｍを中心としてシフトした平均パワー項Ｐ_{０（ｍ，ｎ）}周辺に２つのサイドバンドとして現れる場合がある。したがって、このような情報を抽出するためには、より高度な信号後処理が必要となり得る。

図３０Ａ～図３０Ｃは、光検出器の応答性を正弦波で変調した場合のＦＭＣＷ光電流のスペクトルの例を模式的に示す。図２９Ａおよび図２９Ｂと同じ条件およびパラメータで考える。対象となる信号は、純粋な実数であるため、正の周波数のみが示される。図３０Ａは、変調のないスペクトルの場合の例を示し、Ａ_ｍ＝０の場合の式（６）に対応する。図３０Ａは、平均電力Ｐ_{０（ｍ，ｎ）}に対応する直接成分が存在すること以外は、図２９Ａと同一である。図３０Ｂは、検出ユニット１、２、３それぞれの光検出器に、周波数Ω_ｍ（ｍ＝１、２、３）で正弦波変調を適用したスペクトルの場合を示す。３つの検出ユニットからの光電流の周波数は、図２９Ｂよりも複雑なパターンを示しながらも、明確なバンドに分離された。図３０Ｃは、図２、図３、図２４、図２５、図２６および図２７に示すコヒーレント検出アレイの実施形態のうち、バランス型構成が実施された場合について、光検出器により光電流の差をとることにより、式（５）、（７）、（８）の平均電力Ｐ_{０（ｍ，ｎ）}を含む項を抑制し得る状況を示す。
引用文献
他の出版物

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).

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D. L. Donoho, "Compressed sensing," IEEE Transactions on Information Theory 52, 1289 (2000).

Claims (21)

1. コヒーレント検出装置であって、以下を備え、
   コヒーレント検出ユニットのアレイ；
   ここで、各コヒーレント検出ユニットは、
   信号光を受け取るための自由空間－導波路結合器と、
   局部発振光を導くための第１の導波路であって、第１の光結合器を介して前記自由空間－導波路結合器に光学的に結合される第１の導波路と、
   前記第１の光結合器と光学的に結合され、かつ前記第１の光結合器から光子を受け取る１つ以上の光検出器とを備え、
   複数の第２の光結合器を介して前記コヒーレント検出ユニットに光学的に結合された１つ以上の接続導波路；ここで、各接続導波路は、前記コヒーレント検出ユニットの少なくとも第１のサブセットに光学的に結合され、前記コヒーレント検出ユニットの前記第１のサブセットの各コヒーレント検出ユニットは、前記第２の光結合器の１つを介して前記接続導波路の選択された１つと、前記各コヒーレント検出ユニットの前記第１の導波路とに光学的に結合され、
   前記複数のコヒーレント検出ユニットに電気的に結合された１つ以上の電気伝導路；ここで、各電気伝導経路は、前記コヒーレント検出ユニットの少なくとも第２のサブセットに電気的に結合され、前記コヒーレント検出ユニットの前記第２のサブセットの各コヒーレント検出ユニットは、前記各コヒーレント検出ユニットの前記１つ以上の光検出器を介して前記電気伝導路の選択された１つと電気的に結合され、
   前記電気伝導路に電気的に結合された電気回路；
   前記電気伝導路は、読み出しチャンネルが結合する前記光検出器から出力される電気信号を多重化するための前記読み出しチャンネルとして機能し、
   前記電気回路は、前記読み出しチャンネルの前記多重化された電気信号のクロス成分に、前記読み出しチャンネルの選択された１つのコヒーレント検出ユニットのグループが主に寄与することを認識することにより、前記多重化された電気信号の前記クロス成分に関する情報を抽出するように構成され、
   前記クロス成分は、前記コヒーレント検出ユニットに透過された前記信号光および前記局部発振信号の電界の積に関係する、コヒーレント検出装置。
2. 請求項１に記載のコヒーレント検出装置において、
   前記コヒーレント検出ユニットの少なくとも一部の前記自由空間－導波路結合器は、偏光分離自由空間－導波路結合器であり、
   前記偏光分離自由空間－導波路結合器を含む各前記コヒーレント検出ユニットは、さらに、
   局部発振光を導くための第２の導波路；ここで、前記２の導波路は、第３の光結合器を介して、前記偏光分離自由空間－導波路結合器に光学的に結合し、
   前記第３の光結合器に光学的に結合され、かつ前記第３の光結合器から光子を受け取る１つ以上の光検出器を含む、コヒーレント検出装置。
3. 請求項２に記載のコヒーレント検出装置において、
   前記偏光分離自由空間－導波路結合器を含む各前記コヒーレント検出ユニットについては、前記第１の導波路および前記第２の導波路が、１つ以上の前記第２の光結合器を介して、１つの前記接続導波路に光学的に結合される、コヒーレント検出装置。
4. 請求項２記載のコヒーレント検出装置において、
   前記偏光分離自由空間－導波路結合器を含む各前記コヒーレント検出ユニットについては、前記第１の導波路は、１つ以上の前記第２の光結合器を介して、１つの前記接続導波路に光学的に結合され、前記第２の導波路は、他の１つ以上の前記第２の光結合器を介して、他の１つの前記接続導波路に光学的に結合される、コヒーレント検出装置。
5. コヒーレント検出装置であって、以下を備え、
   コヒーレント検出ユニットのアレイ；
   ここで、各コヒーレント検出ユニットは、
   信号光を受け取るための自由空間－導波路結合器と、
   前記自由空間－導波路結合器に光学的に結合された第１の光結合器と、
   前記第１の光結合器に光学的に結合され、かつ前記第１の光結合器から光子を受け取る１つ以上の光検出器とを備え、
   前記コヒーレント検出ユニットに光学的に結合された１つ以上の接続導波路；ここで、各接続導波路は、前記コヒーレント検出ユニットの少なくとも第１のサブセットに光学的に結合され、前記コヒーレント検出ユニットの第１のサブセットの各コヒーレント検出ユニットは、前記各コヒーレント検出ユニットの前記第１の光結合器に直接光学的に結合され、
   前記複数のコヒーレント検出ユニットに電気的に結合された１つ以上の電気伝導路；ここで、各電気伝導路は、前記コヒーレント検出ユニットの少なくとも第２のサブセットに電気的に結合され、前記コヒーレント検出ユニットの前記第２のサブセットの各コヒーレント検出ユニットは、前記各コヒーレント検出ユニットの前記１つ以上の光検出器を介して、選択された１つの前記電気伝導路に電気的に結合され、
   前記電気伝導路に電気的に結合された電気回路、
   前記電気伝導路は、読み出しチャネルが結合する前記光検出器から出力される電気信号を多重化するための前記読み出しチャネルとして機能し、
   前記電気回路は、前記読み出しチャンネルの前記多重化された電気信号のクロス成分に、前記読み出しチャンネルの選択された１つのコヒーレント検出ユニットのグループが主に寄与することを認識することにより、前記多重化された電気信号の前記クロス成分に関する情報を抽出するように構成され、
   前記クロス成分は、前記コヒーレント検出ユニットに透過された前記信号光および前記局部発振信号の電界の積に関係する、コヒーレント検出装置。
6. 請求項５に記載のコヒーレント検出装置において、
   前記コヒーレント検出ユニットの少なくとも一部の前記自由空間－導波路結合器は、偏光分離自由空間－導波路結合器であり、
   前記偏光分離自由空間－導波路結合器を含む各前記コヒーレント検出ユニットは、さらに、
   前記偏光分離自由空間－導波路結合器に光学的に結合された第２の光結合器、
   前記第２の光結合器に光学的に結合され、かつ前記第２の光結合器から光子を受け取る１つ以上の光検出器を含む、コヒーレント検出装置。
7. 請求項６に記載のコヒーレント検出装置において、
   前記偏光分離自由空間－導波路結合器を含む各前記コヒーレント検出ユニットについては、前記第１の光結合器および前記第２の光結合器は、１つの前記接続導波路に直接光学的に結合される、コヒーレント検出装置。
8. 請求項６に記載のコヒーレント検出装置において、
   前記偏光分離自由空間－導波路結合器を含む各前記コヒーレント検出ユニットについては、前記第１の光結合器は、１つの前記接続導波路に直接光学的に結合され、前記第２の光結合器は、他の１つの前記接続導波路に直接光学的に結合される、コヒーレント検出装置。
9. 請求項６に記載のコヒーレント検出装置において、
   さらに、複数の第３の光結合器を含み、
   前記偏光分離自由空間－導波路結合器を含む各前記コヒーレント検出ユニットは、さらに、
   前記第２の光結合器に光学的に結合された導波路を含み、
   前記偏光分離自由空間－導波路結合器を含む各前記コヒーレント検出ユニットについては、前記第１の光結合器は、１つの前記接続導波路に直接光学的に結合され、各前記コヒーレント検出ユニットの前記導波路は、１つ以上の前記第３の光結合器を介して、同一の１つの前記接続導波路に光学的に結合される、コヒーレント検出装置。
10. 請求項６に記載のコヒーレント検出装置において、
    さらに、複数の第３の光結合器を含み、
    前記偏光分離自由空間－導波路結合器を含む各前記コヒーレント検出ユニットは、さらに、
    前記第２の光結合器に光学的に結合された導波路を含み、
    前記偏光分離自由空間－導波路結合器を含む各前記コヒーレント検出ユニットについては、前記第１の光結合器は、１つの前記接続導波路に直接光学的に結合され、各前記コヒーレント検出ユニットの前記導波路は、１つ以上の前記第３の光結合器を介して、他の１つの前記接続導波路に光学的に結合される、コヒーレント検出装置。
11. コヒーレント検出装置を用いた光コヒーレント検出および信号読み出し方法であって、以下のステップを含み、
    信号光を前記コヒーレント検出装置のコヒーレント検出ユニットの第１のサブセットに結合するステップ；
    前記コヒーレント検出ユニットの第２のサブセットに１つ以上の局部発振信号を導入するステップ；ここで、前記第２のサブセットのコヒーレント検出ユニットは、前記局部発振信号を透過するための第１の共通接続導波路に光学的に結合され、前記第２のサブセットの各コヒーレント検出ユニットは、異なる読み出しチャネルに電気的に結合され、前記第１のサブセットは、前記第２のサブセットと重なって、前記コヒーレント検出ユニットの少なくとも１つを含む第１の交差セットを規定し、
    前記コヒーレント検出装置の前記第２のサブセットに関連する第１の情報を登録するステップ；ここで、前記第１の情報は、前記第２のサブセットの前記コヒーレント検出ユニットの位置と、前記第２のサブセットに導入される前記局部発振信号の物理特性とを含み、前記物理特性は、前記局部発振信号の振幅、周波数、相対位相、印加時間および持続時間の少なくとも１つを含み、
    前記コヒーレント検出ユニットの光結合器で前記信号光および前記局部発振信号の光混合を行うステップ；
    前記コヒーレント検出ユニットの前記光結合器から出力される混合光信号を、前記コヒーレント検出ユニットの光検出器によより検出し、前記混合光信号の情報を含む電気信号を生成するステップ；
    前記電気信号を読み出し用の１つ以上の結合電気信号に結合するステップ；ここで、各前記結合電気信号は、共通読み出しチャネルに結合された前記コヒーレント検出ユニットの前記光検出器により生成された前記電気信号に結合され、
    前記第１の交差セットの各コヒーレント検出ユニットについては、前記第２のサブセットに関連する前記第１の情報を用いて、前記第２の情報を認識することにより、前記結合電気信号から前記各コヒーレント検出ユニットの前記電気信号のクロス成分に関する第２の情報を個別に抽出するステップ、
    前記クロス成分は、前記各コヒーレント検出ユニットに透過される前記信号光および前記局部発振信号の電界に積に関係し、
    前記第２の情報を認識することは、前記共通読み出しチャネルの前記結合電気信号の前記クロス成分に、前記第２のサブセットの１つのコヒーレント検出ユニットのみが主に寄与することを認識することを含む、方法。
12. 請求項１１に記載の方法において、
    さらに、前記コヒーレント検出ユニットの前記光検出器により生成された電気信号の直接成分を、ハイパスフィルタリングを用いて、フィルタリングするステップを含む、方法。
13. 請求項１１に記載の方法において、
    さらに、前記コヒーレント検出ユニットの少なくとも一部の光検出器のペアからの信号を減算することにより、前記コヒーレント検出ユニットの光検出器により生成された前記電気信号の直接成分をフィルタリングするステップを含み、ここで、各前記コヒーレント検出ユニットに対してバランス型構成が実装される、方法。
14. 請求項１１に記載の方法において、
    さらに、前記第２のサブセットに前記局部発振信号を導入するステップ、前記第１の情報を登録するステップ、前記光混合を行うステップ、前記混合光信号を検出するステップ、前記電気信号を結合するステップ、および前記第２の情報を抽出するステップを、複数回反復するステップを含み、ここで、各反復において、前記第２のサブセットは、第２の共通接続導波路に光学的に結合されたコヒーレント検出ユニットを含むように変更し、前記第２の共通接続導波路は、前記第１の共通接続導波路と異なる、方法。
15. 請求項１４に記載の方法において、
    さらに、前記反復するステップ内に、前記第１のサブセットがコヒーレント検出ユニットを含むように変更することにより、前記第１のサブセットおよび前記第２のサブセットの前記交差セットが少なくとも１つのコヒーレント検出ユニットを含むステップを含む、方法。
16. 請求項１１に記載の方法において、
    さらに、以下のステップを含み、
    前記コヒーレント検出ユニットの第３のサブセットのグループに１つ以上の局部発振信号を導入するステップ；ここで、各前記第３のサブセットの前記コヒーレント検出ユニットは、共通の接続導波路に光学的に結合され、各前記第３のサブセットの各コヒーレント検出ユニットは、異なる読み出しチャネルに電気的に結合され、前記第２のサブセットは、前記第３のサブセットの１つであり、第２の交差セットは、前記第３のサブセットの結合体に重なる前記第１のサブセットにより規定され、
    前記コヒーレント検出装置の前記第３のサブセットに関連する第３の情報を登録するステップ；ここで、前記第３の情報は、前記第３のサブセットの前記コヒーレント検出ユニットの位置と、前記第３のサブセットに導入される前記局部発振信号の物理特性とを含み、前記物理特性は、前記局部発振信号の振幅、周波数、相対位相、印加時間及び持続時間の少なくとも１つを含み、前記第３の情報は、前記第１の情報を含み、
    前記コヒーレント検出ユニットを複数の共通読み出しチャネルに結合するステップ；ここで、各前記共通読み出しチャネルは、各前記第３のサブセットの１つのコヒーレント検出ユニットのみに電気的に結合され、
    前記第３のサブセットに前記局部発振信号を導入するステップ、前記第３の情報を登録するステップ、前記光混合を行うステップ、前記光信号を検出するステップ、前記電気信号を結合するステップを、複数回反復するステップ；ここで、各反復において、前記第３のサブセットのグループは、圧縮検知方法の適用条件を満たすように、共通の接続導波路に光学的に結合された前記コヒーレント検出ユニットの異なる組み合わせを含む前記第３のサブセットの異なるグループに変更し、
    前記第３のサブセットの前記グループに前記局部発振信号を導入する前記ステップは、いくつかの共通の物理特性を示す前記局部発振信号を前記第３のサブセットの前記グループに導入するステップを含み、前記共通の物理特性は、同一の分布に従った同一の周波数および振幅の少なくとも１つを含み、
    前記反復するステップは、さらに、前記結合電気信号を記録するステップを含み、
    前記第１の交差セットおよび前記第２の交差セットのための前記第２の情報を抽出する前記ステップは、前記第３の情報を追加的に導入すること、および、前記圧縮センシング法に対応する信号再構成アルゴリズムを適用することにより行われ、前記第２の情報を認識することは、各前記共通読み出しチャンネルの前記結合電気信号の前記クロス成分に、各前記第３のサブセットの１つのコヒーレント検出ユニットのみが主に寄与することを認識することを含む、方法。
17. 請求項１１に記載の方法において、
    さらに、以下のステップを含み、
    前記コヒーレント検出ユニットの第３のサブセットのグループに１つ以上の局部発振信号を導入するステップ；ここで、各前記第３のサブセットのコヒーレント検出ユニットは、共通の接続導波路に光学的に結合され、各前記第３のサブセットの各コヒーレント検出ユニットは、異なる読み出しチャネルに電気的に結合され、前記第２のサブセットは、前記第３のサブセットの１つであり、第２の交差セットは、前記第３のサブセットの接続体に重なる前記第１のサブセットにより規定され、
    前記コヒーレント検出装置の前記第３サブセットに関連する第３の情報を登録するステップ；ここで、前記第３の情報は、前記第３サブセットの前記コヒーレント検出ユニットの位置と、前記第３のサブセットに導入される前記局部発振信号の物理特性とを含み、前記物理特性は、前記局部発振信号の振幅、周波数、相対位相、印加時間および持続時間の少なくとも１つを含み、前記第３の情報は、前記第１の情報を含み、
    前記コヒーレント検出ユニットを複数の共通読み出しチャネルに結合するステップ、ここで、各共通読み出しチャネルは、各前記第３のサブセットの１つのコヒーレント検出ユニットのみに電気的に結合され、
    前記グループは、少なくとも２つの前記第３のサブセットを含み、
    前記第３のサブセットに前記局部発振信号を導入する前記ステップは、有限の周波数オフセットにより互いに異なる周波数を有する前記局部発振信号を前記第３のサブセットに導入するステップを含み、
    １つの前記局部発振信号は、１つの前記第３のサブセットに導入され、前記第３のサブセットの異なるものには、異なる周波数オフセットを有する局部発振信号が導入され、前記周波数オフセットは、前記第３のサブセットの異なるものに属するコヒーレント検出ユニットについては、これらのコヒーレント検出ユニットの前記光検出器により生成される電気信号が異なる周波数帯にシフトされるように選択され、
    前記第１の交差セットおよび前記第２の交差セットのための前記第２の情報を抽出するステップは、前記第３の情報を追加で組み込み、各前記共通の読み出しチャネルの前記結合電気信号の前記クロス成分に、各前記第３のサブセットの１つのコヒーレント検出ユニットのみが主に寄与することを認識することにより行われる、方法。
18. 請求項１１に記載の方法において、
    さらに、以下のステップを含み、
    前記コヒーレント検出ユニットの第３のサブセットのグループに１つ以上の局部発振信号を導入するステップ；ここで、各前記第３のサブセットの前記コヒーレント検出ユニットは、共通の接続導波路に光学的に結合され、各前記第３のサブセットの各コヒーレント検出ユニットは、異なる読み出しチャネルに電気的に結合され、前記第２のサブセットは、前記第３のサブセットの１つであり、第２の交差セットは、前記第３のサブセットの接続体に重なる前記第１のサブセットにより規定され、
    前記コヒーレント検出装置の前記第３のサブセットに関連する第３の情報を登録するステップ；ここで、前記第３の情報は、前記第３のサブセットの前記コヒーレント検出ユニットの位置と、前記第３のサブセットに導入される前記局部発振信号の物理特性とを含み、前記物理特性は、前記局部発振信号の振幅、周波数、相対位相、印加時間及び持続時間の少なくとも１つを含み、前記第３の情報は、前記第１の情報を含み、
    前記コヒーレント検出ユニットを複数の共通読み出しチャネルに結合するステップ；ここで、各共通の読み出しチャネルは、各前記第３のサブセットの１つのコヒーレント検出ユニットのみに電気的に結合され、
    前記コヒーレント検出ユニットの第４のサブセットの位置に関する第４の情報を登録するステップ；ここで、前記第４のサブセットは、前記コヒーレント検出ユニットの少なくとも一部を含み、前記第１のサブセット、前記第３のサブセットおよび前記第４のサブセットは、少なくとも共通のコヒーレント検出ユニットを含み、
    電気多重化回路により前記第４のサブセットの前記光検出器をオンするステップ；
    前記電気多重化回路により、前記第４のサブセットに含まれない前記コヒーレント検出ユニットの前記光検出器をオフにするステップ、
    前記第２の情報を抽出する前記ステップは、前記第４のサブセットにも属する前記第１の交差セットおよび前記第２の交差セットに含まれる前記コヒーレント検出ユニットに対して、前記第３の情報および前記第４の情報を追加的に組み込むことにより行われる、方法。
19. 請求項１８に記載の方法において、
    さらに、次のステップを含み、
    前記第４のサブセットの前記コヒーレント検出ユニットを複数のグループに分割するステップ；ここで、各グループの前記コヒーレント検出ユニットの前記光検出器の応答性は、前記電気多重化回路によるのと同じ方法で変調され、
    前記第４のサブセットの各コヒーレント検出ユニットを１つ以上の読み出しチャンネルに電気的に結合するステップ；ここで、各前記読み出しチャンネルは、前記グループの異なるものの１つ以上のコヒーレント検出ユニットに電気的に結合され、前記グループのいずれか１つからの２以上のコヒーレント検出ユニットに結合されることなく、
    異なるグループの前記コヒーレント検出ユニットの前記光検出器の前記応答性を、有限の周波数オフセットにより互いに異なる周波数で変調するステップ；ここで、前記周波数オフセットは、共通の読み出しチャネルに結合するこれらのコヒーレント検出ユニットについては、これらのコヒーレント検出ユニットの前記光検出器により生じる前記電気信号が異なる周波数帯にシフトされるように選択され、
    前記第２の情報を抽出する前記ステップは、各前記読み出しチャネルの前記結合電気信号の前記クロス成分に、光検出器が異なる周波数帯にシフトされた電気信号を生成する前記第４のサブセットのコヒーレント検出ユニットが主に寄与することを認識することにより行われ、
    前記第２の情報を抽出する前記ステップは、変調された前記光検出器の前記応答性に関連する第５の情報を組み込むことにより行われ、前記第５の情報は、前記応答性の変調周波数および振幅を含む、方法。
20. 請求項１に記載のコヒーレント検出装置において、
    コヒーレント検出ユニットの前記グループが複数のコヒーレント検出ユニットを含む場合、前記グループの各コヒーレント検出ユニットは、各前記コヒーレント検出ユニットの寄与を前記クロス成分から一意に識別可能にする信号機能で前記クロス成分に寄与する、コヒーレント検出装置。
21. 請求項５に記載のコヒーレント検出装置において、
    コヒーレント検出ユニットの前記グループが複数のコヒーレント検出ユニットを含む場合、前記グループの各コヒーレント検出ユニットは、各前記コヒーレント検出ユニットの寄与を前記クロス成分から一意に識別可能にする信号機能で前記クロス成分に寄与する、コヒーレント検出装置。

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