KR20230097102A - 공유된 입력-출력 경로를 갖는 광학 코히어런트 촬상기 및 코히어런트 광을 감지하기 위한 방법 - Google Patents

Abstract

본 개시내용은, 편광 다양성을 활용함으로써 광학 신호들을 전송 및 수신하기 위한 공유된 경로를 가능케하는 광자 집적 회로(PIC) 상에 구현된 광학 코히어런트 촬상기를 제공한다. 본 개시내용은 또한, 촬상기의 설계 및 캘리브레이션들을 간소화하기 위해 광학 코히어런트 감지 유닛들의 어레이를 포함하는 광학 코히어런트 촬상기, 및 광학 코히어런트 촬상기에 의한 코히어런트 감지(coherent sensing)를 위한 방법을 제공한다.

Description

공유된 입력-출력 경로를 갖는 광학 코히어런트 촬상기 및 코히어런트 광을 감지하기 위한 방법

관련 출원

본 출원은, 그 전체 내용이 모든 목적을 위해 참조에 의해 본 명세서에 포함되는 2021년 2월 9일 출원된 미국 특허 가출원 번호 제63/147,733호의 우선권 혜택을 주장한다.

연방 후원 연구 또는 개발에 관한 진술

본 발명은 국립 과학 재단(National Science Foundation)에 의해 수여된 Grant Number 2015160호에 따른 정부 지원하에 이루어진 것이다. 정부는 본 발명에 대한 소정의 권리를 가진다.

기술 분야

본 개시내용은 공유된 입력-출력 경로를 갖는 광학 코히어런트 촬상기 및 코히어런트 광을 감지하기 위한 방법에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본 개시내용은 편광 다양성(polarization diversity)에 기초한 공유된 입력-출력 경로를 갖는 광자 집적 회로 및 코히어런트 광을 감지하기 위한 방법에 관한 것이다.

광학 코히어런트 촬상기는, 광학 검출기 어레이(여기서는 "센서"라고 함)와 광원(대개 레이저 등의 코히어런트 광원)을 포함하는 구성된 능동 촬상 시스템이다. 광원은 타겟 조명의 목적을 제공할 뿐만 아니라 광학 코히어런트 검출(광학 헤테로다인 검출이라고도 함)을 위한 로컬 발진기(LO)를 제공한다. 이러한 광학 코히어런트 촬상기는, 3D FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave) LIDAR 및 광학 코히어런스 단층촬영(OCT)을 포함한 응용들에서 이용될 수 있다. 타겟에 의해 반사(또는 산란)되고 촬상기에 의해 수신되는 조명 광을 여기서는 수신된 광학 타겟 신호 또는 간단히 타겟 신호라고 한다.

종래에는, 광학 코히어런트 검출을 수행하기 위해, 광학 코히어런트 촬상기는, 촬상기의 센서에 의한 검출을 수행하기 전에 벌크 광학소자를 이용하여 자유 공간에서 타겟 신호와 LO를 코히어런트하게 결합함으로써 동작한다. 대조적으로, 광자 집적 회로(PIC) 기술에 기초한 검출 센서를 갖는 광학 코히어런트 촬상기는, 광자 칩(본 개시내용에서는 PIC 칩이라고도 함) 상에서 LO와 타겟 신호의 혼합을 허용한다. 더 구체적으로, PIC 기반의 센서는, CCD 또는 CMOS 이미지 센서 등의 종래의 검출 어레이의 활성 검출 픽셀들의 역할을 하는 코히어런트 감지 유닛들의 어레이를 포함한다. 종래의 검출 어레이에서와 같이 픽셀들에서 직접 포토 검출을 수행하는 것 대신에, PIC 기반의 센서의 코히어런트 감지 유닛들은 자유 공간-도파관 결합기들을 통해 자유 공간으로부터의 타겟 신호들을 PIC 칩 상의 복수의 도파관에 결합한다. 그 다음, 도파관들에서 도파관 모드들로서 나타나는 타겟 신호들은, 2x2 광학 결합기들을 이용하는 LO와의 코히어런트 혼합 및 광검출기들에 의한 검출을 포함한, PIC 칩 상에 구현되는 다양한 광자 컴포넌트를 이용하여 조작 및 처리될 수 있다. 여기서 LO는 결합기들을 통해 LO 광을 PIC 칩 내에 도입함으로써 도파관 모드로서 나타날 수 있다. PIC 칩 상에서의 레이저들의 모놀리식 및 이종 통합의 최근 개발로 인해, 광원은 PIC 기반의 센서의 동일한 PIC 칩에 통합될 수도 있다.

타겟 조명의 경우, 능동 촬상기들에서 흔히 2개의 접근법이 이용된다: (1) 전체 필드 조명 및 (2) 스캔 빔을 이용한 유한 필드 조명.

전체 필드 조명의 경우, 타겟 장면이 조명 광으로 가득 차서, 센서의 전체 순간 시야(FOV; field-of-view)가 장면으로부터 반사되거나 산란되는 광학 신호들을 수신하게 한다. 전체 필드 접근법의 이점들로는, 센서가 일반 카메라처럼 이미지를 취득할 수 있게 하기 때문에 데이터 후처리를 위한 높은 프레임 레이트와 단순화된 출력 포맷이 포함된다. 전체 필드 접근법의 중요한 단점은, 조명 레이저 출력이 넓은 영역에 확산되어, 촬상기 센서의 각각의 감지 유닛으로 다시 반사되거나 산란되는 광자가 더 적다는 것이다. 결과적으로, 전체 필드 접근법은 촬상기 센서에게 더 높은 감도를 요구하며, 이것은 대개 센서 제작을 위해 이색적이고 값비싼 재료의 이용을 요구한다. 전체 필드 접근법은 또한, 눈의 안전 등의 실질적인 요인들로 인해 최대 조명 레이저 출력에 의해 제한되는 거리들에서 작동하도록 능동 촬상기를 제한할 수 있다.

스캔 빔을 이용한 유한 필드 조명의 경우, 일부 스캔 메커니즘을 이용하여 레이저 빔을 조향함으로써 조명 레이저 빔에 의해 타겟 장면을 스캔한다. 각각의 스캔 위치에서, 촬상기 센서의 유한한 FOV만이 타겟 신호들을 수신한다. 이 유한 FOV는 조명 레이저 빔의 스폿 크기와 촬상기의 촬상 광학소자들에 의존한다. 유한 필드 조명 접근법에서 이용되는 더 작은 FOV로 인해, 레이저 출력이 더 작은 영역에 집중되어, 대응하는 FOV에서 촬상기 센서에 의해 더 많은 광자가 수신된다. 결과적으로, 유한 필드 조명 접근법은, 동일한 조명 레이저 출력이 주어지면 대개 능동 촬상기가 전체 필드 조명 접근법보다 더 먼 거리들에서 동작하는 것을 허용한다.

PIC 기반의 센서를 이용하고 유한 필드 조명 접근법으로 동작하는 광학 코히어런트 촬상기의 경우, 빔 스캔 메커니즘은 촬상기의 제조 비용을 낮추기 위해 센서의 동일한 PIC 칩 상에서 구현될 수 있다. PIC 칩 상에서 구현가능한 흔한 빔 스캔 메커니즘으로는 광학 위상 어레이(OPA; optical phased array)가 포함된다. 그럼에도 불구하고 빔 스캔 메커니즘을 위한 광자 컴포넌트들(이하 "전송기"라고 함)은 대개, PIC 기반의 센서의 자유 공간-도파관 결합기들(이하 "수신기"라고 함)을 포함하는 검출 영역으로부터 분리된 PIC 칩의 한 영역에서 구현된다. 이러한 분리로 인해, 조명 광빔을 타겟에 각각 지향시키고 타겟 신호의 수신기에 대한 결합을 최대화하기 위해, 전송기 및 수신기에 대해 별도의 광학 시스템들이 필요할 수 있다.

유한 필드 조명을 이용하는 광학 코히어런트 촬상기에서, 전송기와 수신기가 각각 타겟을 조명하고 타겟 신호들을 수신하기 위해 동일한 광학 시스템을 공유하는 것이 바람직할 수 있다. 훨씬 더 바람직하게는, 송출 프로브 빔과 인입 타겟 신호들의 광학 경로들이 동일하다. 이러한 입력-출력-경로 공유 촬상기의 이점들로는, 간소화된 광학 시스템 및 전송기와 수신기 사이의 단순화된 캘리브레이션들이 포함된다. 간소화된 광학 시스템은 촬상기가 빔 스캔 프로세스 동안에 타겟으로부터 신호들을 수신하는 코히어런트 감지 유닛들에만 LO 광을 더 특정적으로 공급할 수 있게 함으로써 레이저 전력의 더 효율적 이용으로 이어질 수 있다.

참조문헌들

본 개시내용은, 편광 다양성을 활용함으로써 광학 신호들을 전송 및 수신하기 위한 공유된 경로를 가능케하는 광자 집적 회로(PIC) 상에 구현된 광학 코히어런트 촬상기를 제공한다. 본 개시내용은 또한, 촬상기의 설계 및 캘리브레이션들을 간소화하기 위해 광학 코히어런트 감지 유닛들의 어레이를 포함하는 광학 코히어런트 촬상기, 및 광학 코히어런트 촬상기에 의한 코히어런트 감지(coherent sensing)를 위한 방법을 제공한다.

한 양태에서, 본 개시내용은, 복수의 코히어런트 감지 유닛 및 상기 코히어런트 감지 유닛 상에 배치된 편광 변환기를 포함하는 광학 코히어런트 센서를 제공한다. 코히어런트 감지 유닛들 각각은 : 제1 편광 상태를 갖는 광학 신호들을 자유 공간으로부터 제1 도파관으로 및 제1 도파관으로부터 자유 공간으로 지향시킬 수 있고 제2 편광 상태를 갖는 광학 신호들을 자유 공간으로부터 제2 도파관으로 및 제2 도파관으로부터 자유 공간으로 지향시킬 수 있는 편광 다양화된 광학 결합기 및 제2 도파관; 제1 및 제2 도파관들 중 적어도 하나를 통해 편광 다양화된 광학 결합기에 광학적으로 결합되는 하나 이상의 2×2 광학 결합기; 및 2×2 광학 결합기에 광학적으로 결합된 하나 이상의 광검출기를 포함한다.

한 실시예에서, 편광 다양화된 광학 결합기는 제1 서브-결합기 및 제2 서브-결합기를 포함한다.

한 실시예에서, 제1 및 제2 서브-결합기들 중 하나는 미리정의된 편광 상태의 광학 신호들과 최적으로 결합하는 편광 의존성이고, 여기서, 제1 및 제2 서브-결합기들 중 다른 하나는 임의의 편광 상태들의 광학 신호들과 최적으로 결합하는 편광 독립성이다.

한 실시예에서, 제2 서브-결합기는 제1 서브-결합기 상에 배치되고 수직으로 분리된다.

한 실시예에서, 제1 및 제2 서브-결합기는 광자 기판 상에 배치되고 서로 측방향으로 분리된다.

한 실시예에서, 편광 변환기는 제1 및 제2 서브-결합기들 중 하나로부터의 송출 광학 신호를 자유 공간의 광학 경로로 지향시키고, 광학 경로로부터의 인입 광학 신호를 제1 편광 상태를 갖는 제1 광학 신호 및 제2 편광 상태를 갖는 제2 광학 신호로 분리하고, 제1 및 제2 광학 신호들 중 어느 하나 또는 양쪽 모두는, 제1 및 제2 광학 신호들이 제1 및 제2 서브-결합기들 상에 각각 입사되도록 편광 변환기에 의해 공간적으로 변위된다.

한 실시예에서, 편광 변환기는 적어도 하나의 편광-의존 빔-분리기를 포함한다.

한 실시예에서, 편광 변환기는 선형 편광된 광학 신호를 미리정의된 각도만큼 회전시키는 하나 이상의 편광 전환기를 포함한다.

한 실시예에서, 편광 전환기들 중 적어도 하나는 Faraday 회전기이다.

한 실시예에서, 편광 변환기는 하나 이상의 1/4 파장판(quarter-wave plate)을 포함한다.

한 실시예에서, 편광 다양화된 광학 결합기는 제3 서브-결합기를 더 포함한다. 한 실시예에서, 제1, 제2 및 제3 서브-결합기들은 광자 기판 상에 배치되고 서로 측방향으로 분리된다.

한 실시예에서, 편광 변환기는 제1, 제2, 및 제3 서브-결합기들 중 하나로부터의 송출 광학 신호를 자유 공간의 광학 경로로 지향시키고, 광학 경로로부터의 인입 광학 신호를 제1 편광 상태를 갖는 제1 광학 신호 및 제2 편광 상태를 갖는 제2 광학 신호로 분리하고, 제1 및 제2 광학 신호들 중 어느 하나 또는 양쪽 모두는, 제1 및 제2 광학 신호들이 제1, 제2, 및 제3 서브-결합기들 중 2개 상에 각각 입사되도록 편광 변환기에 의해 공간적으로 변위된다.

한 실시예에서, 편광 다양화된 광학 결합기는 제4 서브-결합기를 더 포함한다.

한 실시예에서, 편광 변환기는 제1, 제2, 제3, 제4 서브-결합기들 중 2개로부터의 송출 광학 신호를 자유 공간의 광학 경로로 지향시키고, 광학 경로로부터의 인입 광학 신호를 제1 편광 상태를 갖는 제1 광학 신호 및 제2 편광 상태를 갖는 제2 광학 신호로 분리하고, 제1 및 제2 광학 신호들 중 어느 하나 또는 양쪽 모두는, 제1 및 제2 광학 신호들이 제1, 제2, 제3, 및 제4 서브-결합기들 중 2개 상에 각각 입사되도록 편광 변환기에 의해 공간적으로 변위된다.

또 다른 양태에서, 본 개시내용은 전술된 광학 코히어런트 센서 및 복수의 렌즈를 포함하는 촬상 광학 시스템(imaging optics system)을 포함하는 광학 코히어런트 촬상기를 제공하고, 여기서, 촬상 광학 시스템은 광학 코히어런트 센서가 촬상 광학 시스템의 이미지 평면에 근접하게 위치하도록 배치된다.

또 다른 양태에서, 본 개시내용은 광학 코히어런트 촬상을 위한 방법을 제공하고, 이 방법은 : 광학 코히어런트 촬상기로부터, 광학 코히어런트 촬상기의 하나 이상의 시야 위치에 각각 대응하는 하나 이상의 광학 경로를 따라 각각 하나 이상의 송출 광학 신호를 하나 이상의 타겟으로 방출하는 단계; 송출 광학 신호들에 의해 조명된 타겟들로부터 반사된 하나 이상의 인입 광학 신호를 광학 경로들을 따라 광학 코히어런트 촬상기에 의해 수신하는 단계; 광학 코히어런트 촬상기의 편광 변환기에 의해, 인입 광학 신호들 각각을 제1 편광 상태를 갖는 제1 광학 성분 및 제2 편광 상태를 갖는 제2 광학 성분으로 전환하는 단계, ―제1 편광 상태는 제2 편광 상태에 직교함―; 및 광학 코히어런트 촬상기의 광학 코히어런트 센서 상의 하나 이상의 편광 다양화된 광학 결합기에 의해, 인입 광학 신호들의 제1 및 제2 광학 성분들을 광학 코히어런트 센서의 하나 이상의 광검출기에 안내하여 광학 코히어런트 촬상기의 시야 위치들 각각에서 로컬 발진기 광으로 헤테로다인 검출을 수행함으로써, 시야 위치들에 있는 타겟들의 정보를 결정하는 단계를 포함한다.

한 실시예에서, 송출 광학 신호들을 방출하는 단계는: 광원으로부터 하나 이상의 소스 광학 신호들을 생성하는 단계; 편광 다양화된 광학 결합기에 의해, 소스 광학 신호들을 송출 광학 신호들로 전환하는 단계, ―각각의 송출 광학 신호는 제1 방출 편광 상태를 가짐―; 및 편광 다양화된 광학 결합기들로부터 송출 광학 신호들을 방출하는 단계를 포함한다.

한 실시예에서, 편광 다양화된 광학 결합기들로부터 송출 광학 신호들을 방출한 후, 이 방법은 광학 코히어런트 촬상기의 편광 변환기에 의해 송출 광학 신호들 각각을 제1 방출 편광 상태로부터 제2 방출 편광 상태로 변환하는 단계를 더 포함한다.

한 실시예에서, 인입 광학 신호들을 전환하는 단계는, 인입 광학 신호들 각각의 제1 편광 상태를 제1 미리정의된 편광 각도만큼 회전시키고 인입 광학 신호들 각각의 제2 편광 상태를 제2 미리정의된 편광 각도만큼 회전시키는 단계를 포함한다.

한 실시예에서, 인입 광학 신호들을 전환하는 단계는, 제1 및 제2 편광 상태들에 따라 인입 광학 신호들 각각의 제1 및 제2 성분들 중 적어도 하나를 공간적으로 변위시켜, 제1 및 제2 성분들이 편광 다양화된 광학 결합기들 각각의 제1 및 제2 서브-결합기들 상에 각각 입사되도록 하는 단계를 포함한다.

본 기술분야의 통상의 기술자라면, 도면들은 주로 예시의 목적을 위한 것이며 개시된 주제의 범위를 제한하려는 의도가 아님을 이해할 것이다. 도면들은 반드시 축척비율에 맞게 그려진 것은 아니다; 일부 경우에, 개시된 주제의 다양한 양태는 상이한 피처들의 이해를 용이화하기 위해 도면들에서 과장되거나 확대되어 도시될 수 있다.
도 1a는 본 개시내용의 한 실시예에 따른 편광 다양성에 기초하여 광학 신호들을 전송 및 수신하기 위한 코히어런트 감지 유닛의 평면도를 도시한다.
도 1b는 본 개시내용의 한 실시예에 따른 편광-다양화된 자유 공간-도파관 결합기의 사시도를 도시한다.
도 2는 본 개시내용의 또 다른 실시예에 따른 편광-다양화된 자유 공간-도파관 결합기의 사시도를 도시한다.
도 3은 본 개시내용의 추가 실시예에 따른 편광-다양화된 자유 공간-도파관 결합기의 사시도를 도시한다.
도 4a는 본 개시내용의 실시예에 따른 광학 신호들을 내결합(in-coupling)하기 위한 편광-분리 구성의 측면도를 도시한다.
도 4b는 광학 신호들을 외결합(out-coupling)하기 위한 도 4a의 편광-분리 구성의 측면도를 도시한다.
도 4c는 광학 신호들을 내결합 및 외결합하기 위한 도 4a의 편광-분리 구성의 측면도를 도시한다.
도 5a는 본 개시내용의 한 실시예에 따른 Faraday 효과에 의해 실현된 편광 변환 구성의 사시도를 도시한다.
도 5b는 도 5a의 광학 신호들의 편광 상태들의 평면도를 도시한다.
도 5c는, 본 개시내용의 한 실시예에 따른, 도 5a의 편광 변환 구성 및 도 4c의 편광-분리 구성을 통합하는 편광 변환-분리 구성의 측면도를 도시한다.
도 6a는 본 개시내용의 또 다른 실시예에 따른 1/4 파장판에 의해 실현되는 편광 변환 구성의 사시도를 도시한다.
도 6b는 도 6a의 광학 신호들의 편광 상태들의 평면도를 도시한다.
도 6c는, 본 개시내용의 또 다른 실시예에 따른, 도 6a의 편광 변환 구성 및 도 4c의 편광-분리 구성을 통합하는 편광 변환-분리 구성의 측면도를 도시한다.
도 7a는 본 개시내용의 또 다른 실시예에 따른 편광 다양성에 기초하여 광학 신호들을 전송 및 수신하기 위한 코히어런트 감지 유닛의 평면도를 도시한다.
도 7b는 본 개시내용의 역시 또 다른 실시예에 따른 편광 다양성에 기초하여 광학 신호들을 전송 및 수신하기 위한 코히어런트 감지 유닛의 평면도를 도시한다.
도 8은 본 개시내용의 추가 실시예에 따른 편광 다양성에 기초하여 광학 신호들을 전송 및 수신하기 위한 코히어런트 감지 유닛의 평면도를 도시한다.
도 9는 본 개시내용의 역시 추가적인 실시예에 따른 편광 다양성에 기초하여 광학 신호들을 전송 및 수신하기 위한 코히어런트 감지 유닛의 평면도를 도시한다.
도 10a는 본 개시내용의 한 실시예에 따른 3-도파관 편광-다양화된 자유 공간-도파관 결합기의 평면도를 도시한다.
도 10b는 도 10a에 나타낸 결합기의 사시도를 도시한다.
도 10c는, 본 개시내용의 한 실시예에 따른, 광학 신호들을 외결합하기 위한 3-도파관 편광-다양화된 자유 공간-도파관 결합기와 함께 이용하기 위한 편광 변환-분리 구성의 측면도를 도시한다.
도 10d는 광학 신호들을 내결합하기 위해 이용되는 도 10c에 나타낸 구성의 측면도를 도시한다.
도 10e는 도 10c의 광학 신호들의 편광 상태들의 평면도를 도시한다.
도 10f는 도 10d의 광학 신호들의 편광 상태들의 평면도를 도시한다.
도 11a는 본 개시내용의 또 다른 실시예에 따른 3-도파관 편광-다양화된 자유 공간-도파관 결합기의 사시도를 도시한다.
도 11b는, 본 개시내용의 또 다른 실시예에 따른, 광학 신호들을 외결합하기 위한 3-도파관 편광-다양화된 자유 공간-도파관 결합기와 함께 이용하기 위한 편광 변환-분리 구성의 측면도를 도시한다.
도 11c는 광학 신호들을 내결합하기 위해 이용되는 도 11b에 나타낸 구성의 측면도를 도시한다.
도 11d는 도 11b의 광학 신호들의 편광 상태들의 평면도를 도시한다.
도 11e는 도 11c의 광학 신호들의 편광 상태들의 평면도를 도시한다.
도 12a는, 본 개시내용의 추가 실시예에 따른, 광학 신호들을 외결합하기 위한 3-도파관 편광-다양화된 자유 공간-도파관 결합기와 함께 이용하기 위한 편광 변환-분리 구성의 측면도를 도시한다.
도 12b는 광학 신호들을 내결합하기 위해 이용되는 도 12a에 나타낸 구성의 측면도를 도시한다.
도 12c는 도 12a의 광학 신호들의 편광 상태들의 평면도를 도시한다.
도 12d는 도 12b의 광학 신호들의 편광 상태들의 평면도를 도시한다.
도 13a는 본 개시내용의 추가 실시예에 따른 3-도파관 편광-다양화된 자유 공간-도파관 결합기의 평면도를 도시한다.
도 13b는 도 13a에 나타낸 결합기의 사시도를 도시한다.
도 13c는, 본 개시내용의 역시 추가적인 실시예에 따른, 광학 신호들을 외결합하기 위한 3-도파관 편광-다양화된 자유 공간-도파관 결합기와 함께 이용하기 위한 편광 변환-분리 구성의 측면도를 도시한다.
도 13d는 도 13c에 나타낸 구성의 또 다른 측면도를 도시한다.
도 13e는 광학 신호들을 내결합하기 위해 이용되는 도 13c에 나타낸 구성의 측면도를 도시한다.
도 13f는 도 13e에 나타낸 구성의 또 다른 측면도를 도시한다.
도 13g는 도 13c 및 도 13d의 광학 신호들의 x-y 평면 상의 경로 위치들 및 편광 상태들의 평면도를 도시한다.
도 13h는 도 13e 및 도 13f의 광학 신호들의 x-y 평면 상의 경로 위치들 및 편광 상태들의 평면도를 도시한다.
도 14는, 본 개시내용의 한 실시예에 따른, 전송된 광학 신호들의 편광이 조정가능한, 편광 다양성에 기초하여 광학 신호들을 전송 및 수신하기 위한 코히어런트 감지 유닛의 평면도를 도시한다.
도 15a는 본 개시내용의 한 실시예에 따른 4-도파관 편광-다양화된 자유 공간-도파관 결합기의 평면도를 도시한다.
도 15b는 도 15a에 나타낸 결합기의 사시도를 도시한다.
도 15c는, 본 개시내용의 한 실시예에 따른, 광학 신호들을 외결합하기 위한 4-도파관 편광-다양화된 자유 공간-도파관 결합기와 함께 이용하기 위한 편광 변환-분리 구성의 측면도를 도시한다.
도 15d는 도 15c에 나타낸 구성의 또 다른 측면도를 도시한다.
도 15e는 도 15c 및 도 15d의 광학 신호들의 x-y 평면 상의 경로 위치들 및 편광 상태들의 평면도를 도시한다.
도 15f는 광학 신호들을 내결합하기 위해 이용되는 도 15c에 나타낸 구성의 측면도를 도시한다.
도 15g는 도 15f에 나타낸 구성의 또 다른 측면도를 도시한다.
도 15h는 도 15f 및 도 15g의 광학 신호들의 x-y 평면 상의 경로 위치들 및 편광 상태들의 평면도를 도시한다.
도 16a는 본 개시내용의 또 다른 실시예에 따른 4-도파관 편광-다양화된 자유 공간-도파관 결합기의 평면도를 도시한다.
도 16b는 도 16a에 나타낸 결합기의 사시도를 도시한다.
도 16c는, 본 개시내용의 또 다른 실시예에 따른, 광학 신호들을 외결합하기 위한 4-도파관 편광-다양화된 자유 공간-도파관 결합기와 함께 이용하기 위한 편광 변환-분리 구성의 측면도를 도시한다.
도 16d는 광학 신호들을 내결합하기 위해 이용되는 도 16c에 나타낸 구성의 측면도를 도시한다.
도 16e는 도 16c의 광학 신호들의 편광 상태들의 평면도를 도시한다.
도 16f는 도 16d의 광학 신호들의 편광 상태들의 평면도를 도시한다.
도 17a는 본 개시내용의 추가 실시예에 따른 4-도파관 편광-다양화된 자유 공간-도파관 결합기의 사시도를 도시한다.
도 17b는, 본 개시내용의 추가 실시예에 따른, 광학 신호들을 외결합하기 위한 4-도파관 편광-다양화된 자유 공간-도파관 결합기와 함께 이용하기 위한 편광 변환-분리 구성의 측면도를 도시한다.
도 17c는 광학 신호들을 내결합하기 위해 이용되는 도 17b에 나타낸 구성의 측면도를 도시한다.
도 17d는 도 17b의 광학 신호들의 편광 상태들의 평면도를 도시한다.
도 17e는 도 17c의 광학 신호들의 편광 상태들의 평면도를 도시한다.
도 18a는 본 개시내용의 한 실시예에 따른 코히어런트 광학 센서의 평면도를 도시한다.
도 18b는 본 개시내용의 한 실시예에 따른 코히어런트 감지 어레이의 한 행의 코히어런트 감지 유닛들을 도시한다.
도 19a는 본 개시내용의 또 다른 실시예에 따른 코히어런트 광학 센서의 평면도를 도시한다.
도 19b는 본 개시내용의 한 실시예에 따른 코히어런트 감지 유닛 그룹의 평면도를 도시한다.
도 20a는 본 개시내용의 추가 실시예에 따른 코히어런트 광학 센서의 평면도를 도시한다.
도 20b는 본 개시내용의 또 다른 실시예에 따른 코히어런트 감지 유닛 그룹의 평면도를 도시한다.
도 20c는 본 개시내용의 한 실시예에 따른 Mach-Zehnder 간섭계 기반의 광학 스위치의 평면도를 도시한다.
도 21a는 본 개시내용의 한 실시예에 따른 광학 코히어런트 촬상기의 측면도를 도시한다.
도 21b는 최종 이미지 평면 근처의 도 21a의 촬상기의 확대도를 도시한다.
도 21c는 도 21b의 광학 코히어런트 촬상기의 시야에 걸쳐 최종 이미지 평면 상의 예시적인 일반 광선들 및 이상 광선들의 편광 맵을 도시한다.
도 22a는 본 개시내용의 또 다른 실시예에 따른 광학 코히어런트 촬상기의 측면도를 도시한다.
도 22b는, 본 개시내용의 실시예들에 따른, 각도 변위를 일으키는 편광-의존 빔-분리기를 통해 전파하는 광선들 및 측방향 변위를 일으키는 편광-의존 빔-분리기를 통해 전파하는 광선들의 측면도들을 도시한다.
도 23은, 본 개시내용의 한 실시예에 따른, 광학 신호들을 전송 및 수신하기 위한 공유된 경로를 가능케하기 위해 편광 다양화를 이용하는 광학 코히어런트 촬상 방법의 플로차트를 나타낸다.

이하의 상세한 설명은 본 개시내용의 실시예들을 예시하는 시스템들, 방법들, 기술들, 및 명령어 시퀀스들을 포함한다. 이하의 설명에서, 설명의 목적을 위해, 많은 구체적인 상세사항이 본 발명의 주제의 다양한 실시예에 대한 이해를 제공하기 위해 개시된다. 그러나, 본 기술분야의 통상의 기술자에게는, 본 발명의 주제의 실시예들은 이들 구체적인 상세사항없이도 실시될 수 있다는 것이 명백할 것이다. 일반적으로, 본 기술분야의 통상의 기술자들에게 널리 알려진 명령어 인스턴스들, 프로토콜들, 구조들, 및 기술들은 반드시 상세하게 도시되지는 않는다.

도 1a는 본 개시내용의 한 실시예에 따른 편광 다양성에 기초하여 광학 신호들을 전송 및 수신하기 위한 코히어런트 감지 유닛(100)의 평면도를 도시한다. 광학 코히어런트 촬상기의 코히어런트 센서 어레이를 형성하기 위해 복수의 코히어런트 감지 유닛(100)이 이용될 수 있다. 도 1b는 본 개시내용의 한 실시예에 따른 코히어런트 감지 유닛(100)의 편광-다양화된 자유 공간-도파관 결합기(101)의 사시도를 도시한다. 코히어런트 감지 유닛(100)은 광자 기판 상에 PIC(photonic integrated circuit) 기술을 이용하여 구현될 수 있다. 광자 기판의 표면은 도 1a 및 도 1b에 나타낸 좌표계의 x축 및 y축에 걸쳐 있는 평면으로 표현될 수 있다. 광자 기판 상에 구현된 코히어런트 감지 유닛(100)의 광자 컴포넌트들은 클래딩(cladding)에 의해 덮일 수도 있고 덮이지 않을 수도 있다. 이러한 컴포넌트들은 클래딩에 임베딩되거나 임베딩되지 않을 수도 있다. 간소화를 위해, 광자 기판 및 클래딩은 도 1a 및 도 1b 뿐만 아니라 본 개시내용의 다른 도면들에도 도시되지 않는다. 추가로, 본 개시내용의 이하의 설명에서, 광학 코히어런트 촬상기에 의해 검출될 타겟은, 기판 표면으로부터, 및 적용가능한 경우, 기판 표면 위의 임의의 광학 컴포넌트들로부터, 양의 z-방향을 따른 위치에 위치하는 것으로 간주된다. 타겟은 간소화를 위해 도면들에서 명시적으로 도시되지 않았다.

릿지 도파관(ridge waveguide)들, 립 도파관(rib waveguide)들, 매립형 도파관(buried waveguide)들, 및 슬롯 도파관(slot waveguide)들을 포함한 그러나 이것으로 제한되지 않는, 다양한 공통 설계의 광자 도파관들이 PIC 칩 상에 있다. 일부 실시예에 따르면, 본 개시내용의 코히어런트 감지 유닛(100)의 도파관들은, z 방향을 따른 치수가 x-y 평면 상의 치수들보다 작게 제작될 수 있고, 도 1a 및 도 1b에 나타낸 실시예들에서의 좌표계에 따라, 횡방향 전기(TE; transverse electric) 모드들, 횡방향 자기(TM) 모드들, 및 TE 및 TM 모드들을 포함한 그러나 이것으로 제한되지 않는 다양한 도파관 모드를 지원하도록 만들어질 수 있다. 여기서, TE 모드란 이 모드의 전파 방향과 도파관이 상주하는 광자 기판의 표면을 가로지르는 주 전계 성분을 갖는 도파관 모드를 지칭할 수 있는 반면, TM 모드란 모드의 전파 방향과 도파관이 상주하는 광자 기판의 표면을 가로지르는 주 자계 성분을 갖는 도파관 모드를 지칭할 수 있다. 본 기술분야의 통상의 기술자라면 이러한 도파관들의 일반적인 설계들 및 이들 도파관들에 의해 지원되는 다양한 모드에 익숙해야 한다.

도 1a를 참조하면, 광학 소스 신호(E_S)는 도파관(121)을 통해 코히어런트 감지 유닛(100)에 공급될 수 있고, 로컬 발진기(LO; Local Oscillator)(E_LO)는 도파관(123)을 통해 코히어런트 감지 유닛(100)에 공급될 수 있다. 광학 소스 신호 E_S 및 LO E_LO는 동일한 광원으로부터 나올 수도 있고 아닐 수도 있으며, 여기서 광원은 코히어런트 감지 유닛(100)을 포함하는 동일한 PIC 칩 상에 구현될 수도 있고 아닐 수도 있다. 일부 실시예에 따르면, 광학 소스 신호(E_S)는 도파관(121)에서 기본 TE 모드로서 나타나도록 만들어질 수 있고, 코히어런트 감지 유닛(100)을 포함하는 PIC 칩의 도파관들에서 E_S 및 E_LO를 발생시키는 광원(또는 광원들)을 결합시키는 적절한 시스템 설계 및 방법에 의해 LO E_LO는 도파관(123)에서 기본 TE 모드로 나타나도록 만들어질 수 있다. 이러한 설계들은 본 기술분야의 통상의 기술자에게 널리 알려져 있다. 다른 실시예들에 따르면, 광학 소스 신호(E_S)는 도파관(121)에서 기본 TE 모드가 아니라 TM 모드 또는 TE 모드로 나타나도록 의도적으로 만들어질 수 있다. 유사하게, 일부 실시예에 따르면, LO E_LO는 도파관(123)에서 기본 TE 모드가 아니라 TM 모드 또는 TE 모드로서 나타나도록 의도적으로 만들어질 수 있다.

도 1a에서, 편광-다양화된 자유 공간-도파관 결합기(101)(이하 간소화를 위해 결합기(101)라고 함)는 전송기 및 수신기 양쪽 모두로서 기능할 수 있다. 도파관들(121, 122)에 접속된 것은 2개의 도파관 결합기이며, 여기서, 도파관(121)의 주요 역할은 신호 광을 결합기(101)에 지향시키는 것이고, 도파관(122)의 주요 역할은, 결합기(101)로부터의 내결합 광이 일부 실시예에 따라 도파관(121)으로 지향될 수 있지만, 결합기(101)로부터 내결합된 광을 수신하는 것이다. 따라서, 결합기(101)와 관련하여, 도파관(121)은 외결합 도파관으로서 간주될 수 있고, 도파관(122)은 내결합 도파관으로서 간주될 수 있다. 편광-다양화된 자유 공간-도파관 결합기(101)의 구별되는 특징은, 결합기(101)에 도달하는 인입 광학 신호(도 1a의 E_in)의 편광 상태가 결합기(101)로부터 출력된 송출 광학 신호(도 1a의 E_out)의 편광 상태와 직교할 때, 인입 광학 신호는 내결합될 수 있고 외결합 도파관(도 1a의 도파관(121))과 구별되는 내결합 도파관(도 1a의 도파관(122))으로 지향될 수 있다는 것이다. 여기서 및 이하에서부터, 자유 공간이란, 진공, 공기, 결합기 표면 위의 영역, 또는 매체에서 전파되는 광학 신호들의 파장보다 훨씬 더 큰(예컨대, 적어도 10배) 길이 스케일을 갖는 경계들을 갖는 임의의 균질한 매체를 지칭할 수 있다.

전송기로서, 결합기(101)는, 도파관(121)으로부터의 광학 소스 신호(E_S)를, 광학 코히어런트 촬상기(optical coherent imager)에 의한 타겟 조명에 이용될 수 있는 송출 광학 신호(E_out)로서 자유 공간에 결합할 수 있다. 결합기(101)에 의해 출력되는 송출 광학 신호(E_out)는 x-y 평면을 벗어나는 방향으로 전파되고(즉, E_out의 전파 방향은 0이 아닌 z 성분을 가짐), 결합기(101)의 설계에 의해 결정된 편광을 갖고 편광된다. 일부 실시예에 따르면, 편광은 결합기(101)의 설계에 의해 정의된 좌표계에 따른 한 쌍의 직교 선형 편광들 중 하나일 수 있으며, 여기서, 좌표계는 도 1a 및 도 1b에 표시된 x, y 및 z 축에 의해 정의된 좌표계와 동일하거나 동일하지 않을 수 있다. 다른 실시예들에 따르면, 편광은, 좌측 및 우측 원형 편광, 및 2개의 직교 타원 편광들 중 하나 등의 그러나 이것으로 제한되지 않는, 한 쌍의 선형 편광들이 아닌 한 쌍의 직교 편광들 중 하나 일 수 있다.

수신기로서, 결합기(101)는 인입 광학 신호(E_in)를 코히어런트 감지 유닛(100)에 결합할 수 있다. 인입 광학 신호(E_in)는 본질적으로 앞에서 설명된 타겟으로부터의 광학 신호(또는 타겟 신호)이다. 결합기(101)에 의해 결합된 인입 광학 신호(E_in)는, 인입 광학 신호(E_in)의 편광 상태에 따라, 도파관(121 및 122) 중 하나 또는 양쪽 모두로 지향될 수 있다. 도파관들(121 및 122)에 결합되는 인입 광학 신호(E_in)의 편광 성분들은 결합기(101)의 설계에 의존한다. 일부 실시예에 따르면, 송출 광학 신호(E_out)의 편광에 직교하는 인입 광학 신호(E_in)의 제1 편광 성분은 내결합된 광학 신호(E_in(wg)1)로서 도파관(122)으로 지향될 수 있고, 인입 광학 신호(E_in)의 제1 편광에 직교하는 인입 광학 신호(E_in)의 제2 편광 성분은 내결합된 광학 신호(E_in(wg)2)로서 도파관(121)으로 지향될 수 있다. 결합기(101)에 내결합된 2개의 편광 성분에 대한 더 상세한 사항은 도 1b를 참조하여 아래에서 설명될 것이다. 내결합된 광학 신호(E_in(wg)1)는 코히어런트 감지 유닛(100)의 나머지 회로들에 의해 처리될 수 있다. 도 1a에서 내결합된 광학 신호(E_in(wg)2)는 광학 소스 신호(E_S)의 전파 방향과는 반대 방향으로 전파된다. 일부 실시예에 따르면, 내결합된 광학 신호(E_in(wg)2)는 감지 유닛100)을 포함하는 PIC 칩의 다른 부분들에 영향을 주지 않고 방치될 수 있다. 도 7a에 나타낸 실시예 등의 그러나 이것으로 제한되지 않는 일부 실시예에 따르면, 내결합된 광학 신호(E_in(wg)2)는 감지 유닛(700)을 포함하는 PIC 칩의 어떤 다른 부분들에 의해 처리될 수 있다.

도 1a에서, 결합기(101)가 단일 엔티티로서 도시되어 있지만, 결합기(101)는 단일 광자 컴포넌트 또는 복수의 광자 컴포넌트를 포함할 수 있다. 일부 양태에서, 결합기(101)는 편광-분할 자유 공간-도파관 결합기에 의해 실현될 수 있다. 편광-분할 자유 공간-도파관 결합기의 예들로는, 미국 특허 번호 제7,006,732호의 "POLARIZATION SPLITTING GRATING COUPLERS"에 설명된 편광-분할 격자 결합기, 및 Optics Express 22, 27175-27182 (2014)의 "Integrated metamaterials for efficient and compact free-space-to-waveguide coupling"에 설명된 메타물질-기반의 편광-분할 자유 공간-도파관 결합기가 포함되지만, 이것으로 제한되는 것은 아니다. 편광-분할 자유 공간-도파관 결합기의 다른 예들로는, 플라즈몬 효과, 또는 광자 마이크로/나노-구조물, 또는 양쪽 모두를 통해 실현되는 것들이 포함될 수 있지만 이것으로 제한되지 않는다. 결합기(101)의 다른 실시예들은, 후술되는 바와 같이 도 2 및 도 3에 예시되어 있다. 일부 실시예에 따르면, 결합기(101)는 또한, TE-TM 모드 전환기들, 분할기들, 및 결합기들 중 임의의 것을 포함할 수 있다. 일부 양태에서, 결합기(101)는 광자 재료의 단일 층을 포함할 수 있다. 다른 양태들에서, 결합기(101)는 광자 재료의 다중 층을 포함할 수 있고, 여기서, 상이한 층들의 광자 재료는 동일하거나 상이할 수 있다.

도 1b를 참조하면, 일부 실시예에 따르면, 결합기(101)를 향해 전파하는 광학 소스 신호(E_S)는 도파관(121)에서 횡방향 전기(TE) 모드로서 나타날 수 있다. 한 예로서, 도 1b의 광학 소스 신호(E_S)는 x 방향을 따른 주 전계 성분과 함께 음의 y 방향으로 전파된다. 그 다음, 결합기(101)는, 결합기(101)의 설계에 의해 결정된 편광에 따라 편광되는 송출 광학 신호(E_out)를 야기하기 위해 광학 소스 신호(E_S)를 자유 공간에 결합할 수 있다. 예를 들어, 송출 광학 신호(E_out)는 도 1b에서 x 방향을 따라 선형 편광될 수 있다. 일부 경우에, 송출 광학 신호(E_out)는 기판 표면에 수직인 방향으로 전파될 수 있다. 예를 들어, 도 1b에 표시된 E_out은 z 방향으로 전파된다. 다른 경우들에서, 송출 광학 신호(E_out)는 기판 표면에 수직하지 않은 방향으로 전파될 수 있다, 즉, E_out은 기판 표면에 관해 기울어진 각도의 방향으로 전파될 수 있다.

도 1b에 도시된 바와 같이, 인입 광학 신호(E_in)는, 2개의 직교 편광 성분: 제1 편광 성분(E_in1) 및 제2 편광 성분(E_in2) 중 하나 또는 양쪽 모두를 포함할 수 있다. 인입 광학 신호(E_in)가 제1 편광 성분(E_in1)만을 포함할 때, 제2 편광 성분(E_in2)의 진폭은 0이고, 그 반대도 마찬가지라는 것을 알 수 있다. 결합기(101)는, 제1 편광 성분(E_in1)이 내결합되고 내결합된 광학 신호(E_in(wg)1)로서 도파관(122)으로 지향될 수 있는 방식으로 설계될 수 있으며, 여기서 제1 편광 성분(E_in1)은 송출 광학 신호(E_out)의 편광에 직교한다. 유사하게, 결합기(101)는, 제2 편광 성분(E_in2)이 내결합되고, 광학 소스 신호(E_S)의 전파 방향과는 반대 방향으로 전파되는 내결합된 광학 신호(E_in(wg)2)로서 도파관(121)으로 지향될 수 있는 방식으로 설계될 수 있다. 내결합되고 도파관(122)으로 지향되는 제1 편광 성분(E_in1)은 송출 광학 신호(E_out)의 편광에 직교하는 반면, 내결합되고 도파관(121)으로 지향되는 제2 편광 성분(E_in2)은 제1 편광(E_in1)에 직교한다. 제2 편광(E_in2)은, 송출 광학 신호(E_out) 및 인입 광학 신호(E_in)가 동일하거나 상이한 방향들을 따라 전파할 수 있기 때문에, 송출 광학 신호(E_out)의 편광과 (비례 계수에 이르기까지) 동일하거나 동일하지 않을 수 있다. 도파관들(121 및 122)에 결합되는 인입 광학 신호(E_in)의 특정한 편광 성분들은 결합기(101)의 설계에 의존한다.

일부 실시예에 따르면, 결합기(101)는, 결합 편광 기초(coupling polarization basis)라고 지칭되는 바람직한 편광 기초에 따라 광학 신호들을 최적으로 내결합하도록 설계될 수 있다. 일부 실시예에 따르면, 결합 편광 기초의 성분들 중 하나는 결합기(101)에 의해 출력되는 송출 광학 신호(E_out)의 편광과 동일할 수 있다. 도 1b에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 결합 편광 기초는 선형 편광 기초(예컨대, x 및 y 편광들)일 수 있고, 결합기(101)는 인입 광학 신호(E_in)의 제1 선형 편광 성분(E_in1)(예컨대, y 방향을 따라 편광됨)을 내결합하여 이것을 도파관(122)으로 지향시킬 수 있으며, 여기서, 제1 선형 편광 성분(E_in1)은 선형 편광된 송출 광학 신호(E_out)의 편광(예컨대, x 방향)에 직교하고, 결합 편광 기초의 제1 성분(즉, y 방향)에 평행한 평면(예컨대, y-z 평면) 상에 놓인다. 유사하게, 선형 편광 기초에 따라, 결합기(101)는 인입 광학 신호(E_in)의 제2 선형 편광 성분(E_in2)(예컨대, 도 1b의 x-z 평면 상의 방향을 따름)를 내결합하고 이것을 도파관(121)으로 지향시킬 수 있으며, 여기서, 제2 선형 편광 성분(E_in2)은 선형 편광된 송출 광학 신호(E_out)의 편광(즉, x 방향) 및 결합 편광 기초의 제2 성분(즉, x 방향)에 평행한 평면(즉, x-z 평면) 상에 놓이고, 제2 편광(E_in2)은 제1 편광(E_in1)에 직교한다.

결합기(101)는, 도파관(122)에서 내결합된 광학 신호(E_in(wg)1)를 야기하기 위해 자유 공간으로부터의 인입 광학 신호 성분(E_in1)을 결합할 수 있다. 일부 실시예에 따르면, 내결합된 광학 신호(Ei_n(wg)1)는 도파관(122)에서 TE 모드로서 나타날 수 있다. 한 예로서, 내결합된 광학 신호(E_in(wg)1)는 도 1b에서 y 방향을 따른 주 전계 성분과 함께 양의 x 방향으로 전파된다. 유사하게, 결합기(101)는 도파관(121)에서 내결합된 광학 신호(E_in(wg)2)를 야기하기 위해 자유 공간으로부터의 인입 광학 신호 성분(E_in2)을 결합할 수 있다. 일부 실시예에 따르면, 내결합된 광학 신호(E_in(wg)2)는 도파관(121)에서 TE 모드로서 나타날 수 있다. 한 예로서, 내결합된 광학 신호(E_in(wg)2)는 도 1b에서 x 방향을 따른 주 전계 성분과 함께 양의 y 방향으로 전파된다.

일부 양태에서, 도파관(122)에서의 내결합된 광학 신호(E_in(wg)1)는, 존재하는 경우, 단일 도파관 모드로서 나타날 수 있다. 일부 실시예에 따르면, 단일 도파관 모드는 기본 TE 모드일 수 있다. 다른 실시예들에 따르면, 단일 도파관 모드는 기본 TM 모드일 수 있다. 추가 실시예들에 따르면, 단일 도파관 모드는 기본 TE 모드 또는 기본 TM 모드 이외의 다른 모드일 수 있다. 다른 양태들에서, 도파관(122)에서의 내결합된 광학 신호(E_in(wg)1)는, 존재하는 경우, 여러 도파관 모드들의 조합으로서 나타날 수 있다.

유사하게, 일부 양태에서, 도파관(121)에서의 내결합된 광학 신호(E_in(wg)2)는, 존재하는 경우, 단일 도파관 모드로서 나타날 수 있다. 일부 실시예에 따르면, 단일 도파관 모드는 기본 TE 모드일 수 있다. 다른 실시예들에 따르면, 단일 도파관 모드는 기본 TM 모드일 수 있다. 추가 실시예들에 따르면, 단일 도파관 모드는 기본 TE 모드 또는 기본 TM 모드 이외의 다른 모드일 수 있다. 다른 양태들에서, 도파관(121)에서의 내결합된 광학 신호(E_in(wg)2)는, 존재하는 경우, 여러 도파관 모드들의 조합으로서 나타날 수 있다.

결합기(101)가 광학 신호들의 직교 편광 성분들을 2개의 분리된 도파관들(121 및 122)로 분리하도록 의도되었지만, 결합기(101)의 일부 실시예에서 교차 결합(cross-coupling)들이 발생할 수 있는 것은 드문 일이 아니다. 예를 들어, 도 1b를 참조하면, 인입 광학 신호(E_in)가 E_out의 편광에 직교하는 방향을 따라 선형 편광될 수 있고 선형 편광 기초의 제1 성분(예컨대, 인입 광학 신호는 E_in1)에 평행한 평면 상에 놓일 수 있지만, E_in의 0이 아닌 부분은, 도파관(122)으로 지향되는 E_in의 부분에 추가하여 도파관(121)으로 지향될 수 있다. 유사하게, 일부 실시예의 경우, 인입 광학 신호(E_in)가 E_out의 편광과 선형 편광 기초의 제2 성분(예컨대, 인입 광학 신호는 E_in2임)에 평행한 평면 상에 놓여 있는 방향을 따라 선형 편광될 수 있지만, E_in의 0이 아닌 부분은, 도파관(121)으로 지향되는 E_in의 부분에 추가하여 도파관(122)으로 지향될 수 있다. 추가로, 일부 실시예의 경우, 도파관(121)에서 E_S의 0이 아닌 부분은 결합기(101)에 의해 송출 광학 신호(E_out)로서 자유 공간에 결합된 E_S의 부분에 추가하여 결합기(101)를 통해 직접 도파관(122)으로 전파될 수 있다. 이러한 교차 결합은 결합기(101) 설계의 불완전성으로서 간주될 수 있다. 일부 실시예에 따르면, 결합기(101)는, 의도된 도파관들과의 각자의 편광 성분들의 결합을 최대화하면서 교차 결합들이 최소화될 수 있도록 설계될 수 있다.

일부 실시예에 따르면, E_out 및 E_in이 도 1b의 결합기(101) 표면의 상이한 공간 위치들에서 그려져 있지만, 인입 광학 신호(E_in)는 결합기(101)로부터 방출되는 송출 광학 신호(E_out)의 공간적 위치와 동일한 결합기(101)의 표면 상의 공간적 위치에서 결합기(101)에 결합될 수 있다. 다른 실시예들에 따르면, 인입 광학 신호(E_in)는, 결합기(101)로부터 방출되는 송출 광학 신호(E_out)의 공간적 위치와는 상이한 결합기(101)의 표면 상의 공간적 위치에서 결합기(101)에 결합될 수 있다.

일부 양태에서, 결합기(101)는 송출 광학 신호(E_out)를 자유 공간 내로 방출하고, 동시에 인입 광학 신호(E_in)를 감지 유닛(100) 내에 결합할 수 있다. 다른 양태들에서, 결합기(101)는 송출 광학 신호(E_out)를 자유 공간 내로 방출하고 인입 광학 신호(E_in)를 상이한 시간들에서 감지 유닛(100) 내에 결합할 수 있다. 일반적으로, 광학 신호들 E_in 및 E_out은 동일하거나 상이한 방향들을 따라 전파될 수 있지만, 광학 신호들 E_in 및 E_out은 도 1b에서 상이한 방향들을 따라 전파하는 것으로 그려져 있다.

도 1a를 다시 참조하면, 컴포넌트(102)는 도파관(122)으로부터의 내결합된 광학 신호(E_in(wg)1)와 도파관(123)으로부터의 LO E_LO를 혼합하고 혼합된 신호를 분할하여 도파관들(124 및 125)로 지향시키는 2×2 광학 결합기이다. 2×2 광학 결합기(102)의 실시예들은 지향성 결합기 및 다중 모드 간섭계(MMI)를 포함하지만 이것으로 제한되는 것은 아니다. 2×2 광학 결합기(102)의 혼합 및 분할 비율들은 결합기(102)의 설계에 의존한다. 일부 양태에서, 2×2 광학 결합기(102)는 50/50의 분할 비율을 가질 수 있다. 다른 양태에서, 2×2 광학 결합기(102)는 50/50 이외의 분할 비율을 가질 수 있다.

일부 양태에서, 도파관(122)에서 전파하는 내결합된 광학 신호(E_in(wg)1) 및 도파관(123)에서 전파하는 LO E_LO는 동일한 도파관 모드로서 나타날 수 있다. 다른 양태들에서, 도파관(122)에서 전파하는 내결합된 광학 신호(E_in(wg)1) 및 도파관(123)에서 전파하는 LO E_LO는 상이한 도파관 모드들로서 나타날 수 있다. 도파관(122)에서 전파하는 내결합된 광학 신호(E_in(wg)1)와 도파관(123)에서 전파하는 LO E_LO가 상이한 도파관 모드들로서 나타날 때, 일부 실시예에 따르면, 2×2 광학 결합기(102)는 그 입력 포트들(즉, 도파관(122 및 123)) 중 하나 또는 양쪽 모두에서 하나 이상의 모드 전환기를 추가로 포함하여, 도파관(122)에서 전파하는 내결합된 광학 신호(E_in(wg)1) 및 도파관(123)에서 전파하는 LO E_LO 중 하나 또는 양쪽 모두를 동일한 도파관 모드로서 나타나도록 전환할 수 있다. 다른 실시예들에 따르면, 2×2 광학 결합기(102)는 이러한 모드 전환기들을 포함하지 않을 수 있고, 상이한 도파관 모드들로서 나타나는 도파관(122)에서 전파하는 내결합된 광학 신호(E_in(wg)1) 및 도파관(123)에서 전파하는 LO E_LO를 여전히 혼합, 분할 및 지향시킬 수 있다.

도 1a에서, 컴포넌트(103)는, 도파관(124)으로부터 광학 신호를 수신하고 검출하는 제곱-법칙 광검출기(그 전계의 제곱에 비례하는 광학 신호들의 전력에 응답함)이다. 유사하게, 도 1a에서, 컴포넌트(104)는 도파관(125)으로부터 광학 신호를 수신하고 검출하는 제곱-법칙 광검출기이다. 일부 실시예에 따르면, 2×2 광학 결합기(102)는 50/50 2×2 광학 결합기일 수 있고, 결합기(102)는 광검출기들(103 및 104)과 함께 평형 광 헤테로다인 검출 셋업을 형성할 수 있다. 일부 실시예에 따르면, 광검출기들(103 및 104) 중 하나는 코히어런트 감지 유닛(100)에서 생략될 수 있고, 여기서, 50/50 결합기일 수도 있고 아닐 수도 있는 결합기(102)와 함께 다른 나머지 광검출기는 단일-검출기 광학 헤테로다인 검출 셋업을 형성할 수 있다.

일부 실시예에 따르면, 광검출기들(103 및 104)은 도파관들(124 및 125)에 접속되는 2개의 광학 입력을 갖는 단일 결합된 광검출기로서 나타날 수 있다. 2개의 광학 입력을 갖는 결합된 광검출기는 2개의 입력으로부터의 광학 신호들의 강도들, 강도들의 합, 및 강도들의 차이 중 임의의 하나 이상을 측정할 수 있다.

일부 실시예에 따르면, 광검출기들(103 및 104)은, 광검출기들(103 및 104)의 전기적 출력들을 처리하는데 이용되는, 트랜스임피던스 증폭기(TIA)들, 트랜지스터들, 다이오드들, 저항기들, 커패시터들, 및 전기 스위치들 중 임의의 하나 이상 등의 그러나 이것으로 제한되지 않는 전자 컴포넌트들을 포함하는 출력 전자 회로에 접속될 수 있다. 이 출력 전자 회로는 도 1a에 도시되어 있지 않다.

도 1a에서, 코히어런트 감지 유닛(100)은, 위상, 진폭, 주파수, 파장, 및 시간적 제어들 중 임의의 하나 이상을 위한, 전기-광학 컴포넌트들 및 열-광학 컴포넌트들 중 임의의 하나 이상을 포함한 그러나 이것으로 제한되지 않는 명시적으로 도시되지 않은 컴포넌트들을 포함할 수 있다.

도 2는 본 개시내용의 또 다른 실시예에 따른 편광-다양화된 자유 공간-도파관 결합기(200)의 사시도를 도시한다. 결합기(200)는 PIC 칩의 상이한 층들 상에 구현된 2개의 서브-결합기(201 및 202)를 포함한다. 일부 실시예에 따르면, 2개의 서브-결합기(201 또는 202) 중 하나는 특정한 편광 상태를 가진 광학 신호들을 최적으로 결합하도록 설계될 수 있고, 다른 서브-결합기는 대응하는 직교 편광 상태를 가진 광학 신호들을 최적으로 결합하도록 설계될 수 있다. 예를 들어, 서브-결합기(201)는 소정의 방향을 따라(예컨대, x 방향을 따라) 선형 편광된 인입 또는 송출 광학 신호 E₁을 최적으로 결합하도록 설계될 수 있는 반면, 서브-결합기(202)는 E₁의 편광에 직교하는 방향을 따라(예컨대, y 방향을 따라) 선형 편광되는 인입 또는 송출 광학 신호 E₂를 최적으로 결합하도록 설계될 수 있다. 서브-결합기들(201 및 202)은 동일한 x-y 위치들에 정렬되거나 그렇지 않을 수 있다.

도 2를 참조하면, 서브-결합기(201)는, 편광(예컨대, x 방향을 따른 선형 편광)에 따라 편광된 광학 신호(E₁)와 최적으로 결합할 수 있고 E₁의 편광에 직교하는 편광(예컨대, y 방향을 따른 선형 편광)에 따라 편광된 광학 신호 E₂와 최소로 결합될 수 있는, 격자 결합기 등의 그러나 이것으로 제한되지 않는 자유 공간-도파관 결합기일 수 있다. 유사하게, 서브-결합기(202)는, 편광(예컨대 y 방향을 따른 선형 편광)에 따라 편광된 광학 신호(E₂)와 최적으로 결합할 수 있고 E₂의 편광에 직교하는 편광(예컨대, x 방향을 따른 선형 편광)에 따라 편광된 광학 신호 E₁과 최소로 결합될 수 있는, 격자 결합기 등의 그러나 이것으로 제한되지 않는 자유 공간-도파관 결합기일 수 있다. 서브-결합기들(201 및 202)은 동일한 설계일 수도 있고 아닐 수도 있다. 일반적으로, 서브-결합기들(201 및 202) 중 하나와 최적 결합되고 다른 하나와 최소로 결합되는 직교 편광된 광학 신호 쌍(E₁ 및 E₂)은, 한 쌍의 직교 선형 편광들, 좌측 및 우측 원형 편광들, 및 한 쌍의 직교 타원 편광들 중 임의의 것일 수 있다.

도 2에서, 직교 광학 신호들(E₁ 및 E₂)은 예시의 목적을 위해 서브-결합기들(201 및 202)의 표면 상의 상이한 공간적 위치들에 그려져 있다. 일반적으로, 서브-결합기(201)는 서브-결합기(201)의 표면 상의 동일한 공간적 위치 또는 상이한 공간적 위치들에서 광학 신호 E₁과 최적으로 결합할 수 있고 E₂와 최소로 결합할 수 있다. 유사하게, 일반적으로, 서브-결합기(202)는 서브-결합기(202)의 표면 상의 동일한 공간적 위치 또는 상이한 공간적 위치들에서 광학 신호 E₂와 최적으로 결합할 수 있고 E₁과 최소로 결합할 수 있다.

도 2에서, 광학 신호들 E₁ 및 E₂는, 기판 표면의 평면에 수직인 방향, 즉, z 방향을 따라 전파하는 것으로 그려져 있다. 일반적으로, 광학 신호들 E₁ 및 E₂는 기판 표면의 평면에 수직이거나 아닐 수도 있는 방향들을 따라 전파될 수 있다. 또한, 광학 신호들 E₁ 및 E₂는 상이한 방향들을 따라 전파될 수 있지만, 광학 신호들 E₁ 및 E₂는 도 2에서 동일한 방향을 따라 전파하는 것으로 그려져 있다.

도 2에서, 서브-결합기들(201 및 202) 사이의 교차 결합은 이들 사이의 적절한 수직 분리(299)를 선택함으로써 최소화될 수 있다. 수직 분리(299)는 50 나노미터 내지 5 밀리미터의 두께를 갖는 서브-결합기들(201 및 202) 사이에 광자 재료 층(또는 에어 갭)을 배치함으로써 형성될 수 있다. 일반적으로, 분리(299)의 선택은, PIC 기술, 제작 프로세스, 서브-결합기들(201 및 202) 사이에 이용되는 광자 재료, 신호 E₁의 파장, 신호 E₂의 파장, 서브-결합기(201)의 설계 및 서브-결합기(202)의 설계를 포함한 그러나 이것으로 제한되지 않는 요인들의 조합에 의존할 수 있다.

일부 실시예에 따르면, 서브-결합기(201)는 광자 재료의 단일 층을 포함할 수 있다. 다른 실시예들에 따르면, 서브-결합기(201)는, 광자 재료들의 다중 층들을 포함할 수 있고, 상이한 층들의 광자 재료들은 동일하거나 상이할 수 있다. 유사하게, 일부 실시예에 따르면, 서브-결합기(202)는 광자 재료의 단일 층을 포함할 수 있다. 다른 실시예들에 따르면, 서브-결합기(202)는, 광자 재료들의 다중 층들을 포함할 수 있고, 상이한 층들의 광자 재료들은 동일하거나 상이할 수 있다.

일부 실시예에 따르면, 도 1a의 코히어런트 감지 유닛(100)에서 이용하기 위해, 도 2의 서브-결합기(201)는 전송기로서 이용될 수 있는 반면, 도 2의 서브-결합기(202)는 수신기로서 이용될 수 있으며, 여기서, 전송기로서의 서브-결합기(201)는 수신기가 타겟에 더 가까울수록 타겟 및 서브-결합기(202)로부터 더 멀리 떨어져 있다. 이러한 상황에서, 도 2의 도파관(221)은 외결합 도파관으로서 도 1a의 도파관(121)과 동일할(또는 동등하게 접속될) 수 있는 반면, 도 2의 도파관(222)은 내결합 도파관으로서 도 1a의 도파관(122)과 동일할(또는 동등하게 접속될) 수 있다. 다른 실시예들에 따르면, 도 1a의 코히어런트 감지 유닛(100)에서 이용하기 위해, 도 2의 서브-결합기(201)는 수신기로서 이용될 수 있는 반면, 도 2의 서브-결합기(202)는 전송기로서 이용될 수 있으며, 여기서, 수신기로서의 서브-결합기(201)는 전송기가 타겟에 더 가까울수록 타겟 및 서브-결합기(202)로부터 더 멀리 떨어져 있다. 이러한 상황에서, 도 2의 도파관(221)은 내결합 도파관으로서 도 1a의 도파관(122)과 동일할(또는 동등하게 접속될) 수 있는 반면, 도 2의 도파관(222)은 외결합 도파관으로서 도 1a의 도파관(121) 동일할(또는 동등하게 접속될) 수 있다.

도 3은 본 개시내용의 추가 실시예에 따른 편광-다양화된 자유 공간-도파관 결합기(300)의 사시도를 도시한다. 결합기(300)는 PIC 칩의 동일한 층 상에 2개의 별도의 결합기로서 구현된 2개의 서브-결합기(301 및 302)를 포함한다. 일부 실시예에 따르면, 2개의 서브-결합기들 중 하나는 한 편광 상태를 갖는 광학 신호들과 최적으로 결합하도록 설계될 수 있고, 다른 서브-결합기는 또 다른 편광 상태를 갖는 광학 신호들과 최적으로 결합하도록 설계될 수 있다. 일부 실시예에 따르면, 2개의 편광 상태는 서로 직교할 수 있다. 다른 실시예들에 따르면, 2개의 편광 상태는 서로 직교하지 않을 수 있다. 예를 들어, 서브-결합기(301)는 x 방향을 따라 선형 편광된 광학 신호 E₁과 최적으로 결합하도록 설계될 수 있는 반면, 서브-결합기(302)는 y 방향을 따라 선형 편광된 광학 신호 E₂와 최적으로 결합되도록 설계될 수 있다.

도 3을 참조하면, 서브-결합기(301)는, 소정의 편광(예컨대, x 방향을 따른 선형 편광)에 따라 편광된 광학 신호 E₁과 최적으로 결합하고 E₁의 편광에 직교하는 편광(예컨대, y 방향을 따른 선형 편광)을 갖는 광학 신호와 최소로 결합할 수 있는, 격자 결합기 등의 그러나 이것으로 제한되지 않는 자유 공간-도파관 결합기일 수 있다. 유사하게, 서브-결합기(302)는, 소정의 편광(예컨대 y 방향을 따른 선형 편광)에 따라 편광된 광학 신호 E₂와 최적으로 결합하고 E₂의 편광에 직교하는 편광(예컨대, x 방향을 따른 선형 편광)을 갖는 광학 신호와 최소로 결합할 수 있는, 격자 결합기 등의 그러나 이것으로 제한되지 않는 자유 공간-도파관 결합기일 수 있다. 서브-결합기들(301 및 302)은 동일한 설계일 수도 있고 아닐 수도 있다.

다른 실시예들에 따르면, 서브-결합기들(301 및 302) 중 하나는 한 편광 상태를 갖는 광학 신호들과 최적으로 결합하도록 설계될 수 있고, 다른 서브-결합기는 임의의 편광 상태를 갖는 광학 신호들과 최적으로 결합하도록 설계된 편광-독립 자유 공간-도파관 결합기일 수 있다. 편광 독립성인 자유 공간-도파관 결합기의 한 예는, "Polarization-independent grating couplers for silicon-on-insulator nanophotonic waveguides," Optics Letters Vol. 36, No. 6, p. 796 (2011)에 설명되어 있다. 도 3을 참조하면, 한편으로, 서브-결합기(301)는, 소정의 편광(예컨대, x 방향을 따른 선형 편광)에 따라 편광된 광학 신호 E₁과 최적으로 결합하고 E₁의 편광에 직교하는 편광(예컨대, y 방향을 따른 선형 편광)을 갖는 광학 신호와 최소로 결합할 수 있는, 격자 결합기 등의 그러나 이것으로 제한되지 않는 자유 공간-도파관 결합기일 수 있다. 반면, 서브-결합기(302)는 임의의 편광을 갖는 광학 신호 E₂와 최적으로 결합할 수 있는 편광-독립 자유 공간-도파관 결합기일 수 있으며, 여기서, 광학 신호 E₂는 광학 신호 E₁에 직교하거나 그렇지 않을 수 있다.

도 3에서, 서브-결합기들(301, 302) 사이의 교차 결합은 서브-결합기들 사이의 적절한 측방향 분리(399)를 선택함으로써 최소화될 수 있다. 측방향 분리(399)는, 서브-결합기들(301 및 302)을 동일한 기판 표면 상에 배치하되 50 나노미터 내지 5 밀리미터의 거리만큼 분리함으로써 형성될 수 있다. 일반적으로, 측방향 분리(399)의 선택은, PIC 기술, 제작 프로세스, 서브-결합기들(301 및 302) 사이의 매체에 이용되는 광자 재료, 신호 E₁의 파장, 신호 E₂의 파장, 서브-결합기(301)의 설계 및 서브-결합기(302)의 설계를 포함한 그러나 이것으로 제한되지 않는 요인들의 조합에 의존할 수 있다.

일부 실시예에 따르면, 서브-결합기(301)는 광자 재료의 단일 층을 포함할 수 있다. 다른 실시예들에 따르면, 서브-결합기(301)는, 광자 재료들의 다중 층들을 포함할 수 있고, 상이한 층들의 광자 재료들은 동일하거나 상이할 수 있다. 유사하게, 일부 실시예에 따르면, 서브-결합기(302)는 광자 재료의 단일 층을 포함할 수 있다. 다른 실시예들에 따르면, 서브-결합기(302)는, 광자 재료들의 다중 층들을 포함할 수 있고, 상이한 층들의 광자 재료들은 동일하거나 상이할 수 있다.

도 3에서, 광학 신호들 E₁ 및 E₂는, 기판 표면의 평면에 수직인 방향, 즉, z 방향을 따라 전파하는 것으로 그려져 있다. 일반적으로, 광학 신호들 E₁ 및 E₂는 기판 표면의 평면에 수직이거나 아닐 수도 있는 방향들을 따라 전파될 수 있다. 또한, 광학 신호들 E₁ 및 E₂는 상이한 방향들을 따라 전파될 수 있지만, 광학 신호들 E₁ 및 E₂는 도 3에서 동일한 방향을 따라 전파하는 것으로 그려져 있다.

일부 실시예에 따르면, 도 1a의 코히어런트 감지 유닛(100)에서 이용하기 위해, 도 3의 서브-결합기(301)는 전송기로서 이용될 수 있는 반면, 도 3의 서브-결합기(302)는 수신기로서 이용될 수 있다. 이러한 상황에서, 도 3의 도파관(321)은 외결합 도파관으로서 도 1a의 도파관(121)과 동일할(또는 동등하게 접속될) 수 있는 반면, 도 3의 도파관(322)은 내결합 도파관으로서 도 1a의 도파관(122)과 동일할(또는 동등하게 접속될) 수 있다.

도 4a는 본 개시내용의 한 실시예에 따른 광학 신호들을 내결합하기 위한 편광-분리 구성의 측면도를 도시한다. 도 4b는 광학 신호들을 외결합하기 위한 도 4a의 편광-분리 구성의 측면도를 도시한다. 도 4c는 광학 신호들을 내결합 및 외결합하기 위한 도 4a의 편광-분리 구성의 측면도를 도시한다. 도 4a, 도 4b 및 도 4c에 도시된 편광-분리 구성은, 광학 신호 E₁(서브-결합기(301)와 결합됨) 및 광학 신호 E₂(서브-결합기(302)와 결합됨)를 자유 공간에서 공통 광학 경로를 따라 전파되도록 지향시키기 위해 도 3의 편광-다양화된 자유 공간-도파관 결합기(300)에서 이용될 수 있고, 여기서, 공통 광학 경로는 광학 컴포넌트(401)와 타겟 사이에 놓인다.

도 4a에 나타낸 편광-분리 구성은 편광-의존 빔-분리기(401)를 포함한다. 일부 실시예에 따르면, 편광-의존 빔-분리기(401)는 복굴절 빔 변위기(displacer)일 수 있다. 일부 실시예에 따르면, 복굴절 빔 변위기는, 방해석 결정, 알파 바륨 붕산염 결정, 이트륨 바나데이트 결정, 또는 금홍석 결정 등의 그러나 이것으로 제한되지는 않는, 하나 이상의 재료로 형성될 수 있다. 복굴절 빔 변위기는 본 기술분야에 널리 알려져 있다. 다른 실시예들에 따르면, 편광-의존 빔-분리기(401)는, 복굴절 Ÿ‡지(wedge), 편광 빔 분할기, 편광-의존 격자, 또는 편광-의존 메타렌즈 등의 그러나 이것으로 제한되지는 않는, 복굴절 빔 변위기 이외의 편광-의존 빔-분리기일 수 있다.

일부 실시예에 따르면, 편광-의존 빔-분리기(401)는, 도 4a에 도시된 바와 같이 편광-다양화된 자유 공간-도파관 결합기(300)를 포함하는 PIC 칩과는 분리된 컴포넌트일 수 있다. 다른 실시예들에 따르면, 편광-의존 빔-분리기(401)는 결합기(300)를 포함하는 PIC 칩의 표면에 부착될 수 있다. 추가 실시예들에 따르면, 편광-의존 빔-분리기(401)는 결합기(300)를 포함하는 PIC 칩 내에 있거나 그 일부일 수 있다.

광학 신호 수신을 위해, 도 4a의 실시예에 따르면, 인입 광학 신호(E_in)는 타겟으로부터 편광-의존 빔-분리기(401)에 도달할 수 있다. 편광-의존 빔-분리기(401)는 인입 광학 신호(E_in)를 2개의 광학 신호들 E₁ 및 E₂로 분할할 수 있으며, 광학 신호들 E₁ 및 E₂의 편광들은 서로 직교한다. 광학 신호의 분할은 인입 광학 신호의 편광에 의존할 수 있다. 광학 신호들 E₁과 E₂ 중 하나는 일반 광선(ordinary ray)(o-광선(o-ray))이고 다른 하나는 이상 광선(extraordinary ray)(e-광선(e-ray))이다. 예를 들어, 광학 신호 E₁은 o-광선인 반면 광학 신호 E₂는 e-광선일 수 있다. 복굴절 빔-분리기의 경우에 대한 일반적인 용도에 추가하여, 여기서 사용되는 o-광선 및 e-광선이라는 용어들은, 일반적으로 편광-의존 빔-분리기(401)에 의해 분할되는 2개의 직교 편광된 광선들을 지칭할 수 있고, 여기서, 분할은 편광-의존 빔-분리기의 특성들에 의해 정의된다는 것을 이해할 것이다.

광학 신호들 E₁ 및 E₂의 편광들은 편광-의존 빔-분리기(401)의 재료들의 유전율들, 광학 축(498)의 배향, 및 인입 광학 신호(E_in)의 입사 각도에 의존한다. 이 실시예에서, 인입 광학 신호(E_in)의 입사 각도는 편광-의존 빔-분리기(401) 표면의 법선에 가깝다. 따라서, 편광-의존형 빔-분리기(401)가 제작될 수 있고, 광학 축(498)은, 편광-의존 빔-분리기(401)로부터 나와 탈출할 때 o-광선(E₁)이 x 방향을 따라 편광되고 e-광선(E₂)이 y 방향을 따라 편광되는 방식으로 배향될 수 있다.

일부 실시예에 따르면, o-광선 및 e-광선(예컨대, 도 4a의 광학 신호들 E₁ 및 E₂)은 편광-의존 빔-분리기(401)로부터 나올 때 측방향으로 변위될 수 있다. 측방향 변위는, 지오메트리들(예컨대, 형상 및 두께), 재료들의 유전율들, 및 편광-의존 빔-분리기(401)의 광학 축(498)의 배향, 인입 광학 신호(E_in)의 파장과 입사 각도를 포함한 그러나 이것으로 제한되지 않는 요인들 중 임의의 하나 이상에 의존할 수 있다. 인입 광학 신호(E_in)의 거의 수직 입사의 경우, o-광선 E₁은 제1 측방향 변위를 갖는 제1 광학 경로를 따라 전파할 수 있는 반면(예컨대, E₁은 도 4a에 나타낸 바와 같이 널 측방향 변위를 갖는 인입 광학 신호 E_in의 경로를 계속한다), e-광선(E₂)은 도 4a에 나타낸 바와 같이 인입 광학 신호(E_in)의 경로에 관해 제2 측방향 변위(499)로 제2 광학 경로를 따라 전파할 수 있고, 여기서 e-광선(E₂)의 제2 광학 경로는 o-광선 E₁의 제1 광학 경로와 구별되고, e-광선 E₂의 제2 측방향 변위는 o-광선 E₁의 제1 측방향 변위와는 상이하다.

일부 실시예에 따르면, 광학 신호들(E₁ 및 E₂)은 도 4a에 도시된 바와 같이 수직 입사에 가까운 각도들로 서브-결합기들(301 및 302) 상에 입사될 수 있다. 다른 실시예들에 따르면, 광학 신호들(E₁ 및 E₂)은 수직 입사 이외의 각도들로 서브-결합기들(301 및 302) 상에 입사될 수 있다. (지오메트리들, 유전율들, 및 광학 축의 배향 등의) 인입 광학 신호(E_in)의 임의의 입사 각도 및 편광-의존 빔-분리기(401)의 속성들과 함께, o-광선 E₁ 및 e-광선 E₂의 편광들 및 전파 방향들은 Maxwell 방정식을 통해 결정될 수 있다.

일부 실시예에 따르면, 서브-결합기(301)는 편광 및 전파 방향에 기초하여 o-광선 E₁과 최적으로 결합하도록 구성될 수 있으며, 여기서 o-광선 E₁의 편광 및 전파 방향은 미리결정될 수 있다. 유사하게, 일부 실시예에 따르면, 서브-결합기(302)는 편광 및 전파 방향에 기초하여 e-광선 E₂와 최적으로 결합하도록 구성될 수 있으며, 여기서 e-광선 E₂의 편광 및 전파 방향은 미리결정될 수 있다. 예를 들어, 도 4a에 도시된 바와 같이, 인입 광학 신호(E_in)의 입사 각도는 편광-의존 빔-분리기(401)의 표면의 법선에 가까울 수 있고, 광학 축(498)은 y-z 평면에서 소정 각도로 배향될 수 있다. 따라서, 서브-결합기(301)는 z 방향을 따라 전파하고 x 방향을 따라 편광된 o-광선 E₁과 최적으로 결합하도록 구성될 수 있는 반면, 서브-결합기(302)는 z 방향을 따라 전파하고 y 방향을 따라 편광되는 e-광선 E₂와 최적으로 결합하도록 구성될 수 있다. 서브-결합기들(301 및 302) 사이의 측방향 분리(399)는 o-광선 E₁과 e-광선 E₂ 사이의 측방향 분리(499)의 정보를 통합함으로써 결정될 수 있다.

다른 실시예들에 따르면, 서브-결합기(301)는 그 편광에 기초하여 o-광선 E₁과 최적으로 결합하도록 구성되지 않을 수 있다. 즉, 서브-결합기(301)와의 결합을 위한 최적의 편광은 o-광선 E₁의 편광과 동일하지 않을 수 있다. 유사하게, 다른 실시예들에 따르면, 서브-결합기(302)는 그 편광에 기초하여 e-광선 E₂와 최적으로 결합하도록 구성되지 않을 수 있다. 즉, 서브-결합기(302)와의 결합을 위한 최적의 편광은 e-광선 E₂의 편광과 동일하지 않을 수 있다. 추가 실시예들에 따르면, 서브-결합기(301)는 o-광선 E₁의 전파 방향에 기초하여 o-광선 E₁과 최적으로 결합하도록 구성되지 않을 수 있다. 유사하게, 추가 실시예들에 따르면, 서브-결합기(302)는 e-광선 E₂의 전파 방향에 기초하여 e-광선 E₂와 최적으로 결합하도록 구성되지 않을 수 있다.

일부 실시예에 따르면, 서브-결합기(301)는 편광-독립 결합기일 수 있고 o-광선 E₁의 전파 방향에만 기초하여 o-광선 E₁과 최적으로 결합하도록 구성될 수 있다. 유사하게, 일부 실시예에 따르면, 서브-결합기(302)는 편광-독립 결합기일 수 있고 e-광선 E₂의 전파 방향에만 기초하여 e-광선 E₂와 최적으로 결합하도록 구성될 수 있다.

광학 신호 전송의 경우, 도 4b에 도시된 바와 같이, 서브-결합기(301)로부터의 송출 광학 신호(E₁)는 편광-의존 빔-분리기(401)에 의해 정의된 o-광선의 편광에 따라 편광될 수 있고(예컨대, 도 4b에 도시된 바와 같이 x 방향을 따른 선형 편광), 서브-결합기(302)로부터의 송출 광학 신호(E₂)는 편광-의존 빔-분리기(401)에 의해 정의된 e-광선의 편광에 따라 편광될 수 있다(예컨대, 도 4b에 도시된 바와 같이 y 방향을 따른 선형 편광). 편광-의존 빔-분리기(401)를 통한 광학 신호들의 전파는 가역적이다. 따라서, 편광-의존형 빔-분리기(401)를 통과한 후, 광학 신호들 E₁ 및 E₂는 결합되어 편광-의존 빔-분리기(401)의 상위 표면으로부터 멀리 떨어진 광학 경로(예컨대, 도 4b에 나타낸 바와 같이 널 측방향 변위를 갖는 광학 신호 E₁의 경로를 계속하는 경로)를 따라 전파하는 송출 광학 신호(E_out)를 야기할 수 있고, 여기서, 광학 신호들 E₁ 및 E₂는 서로에 관해 코히어런트하고 송출 광학 신호(E_out)는, 광학 신호들 E₁ 및 E₂의 편광들, 진폭들, 및 상대적 위상에 따라 편광된다.

일부 실시예에 따르면, 편광-의존형 빔-분리기(401)로부터 나와 탈출하는 송출 광학 신호들(E₁ 및 E₂)은 공간적으로 완벽하게 중첩되지 않을 수 있다. 이것은 송출 광학 신호(E_out)의 공간적으로 변하는 편광을 야기할 수 있다. 일부 실시예에 따르면, 편광-의존 빔-분리기(401) 및 서브-결합기들(301 및 302)은 광학 신호들(E₁ 및 E₂) 사이의 공간적 중첩이 주(즉, 50% 초과) 편광 상태를 갖는 송출 광학 신호(E_out)를 야기할 수 있는 방식으로 구성될 수 있다.

편광-의존 빔-분리기(401)는 결합기(300)와 함께 이용되어 광학 신호들을 전송 및 수신할 수 있고, 여기서, 서브-결합기들(301 및 302) 중 하나는 송출 광학 신호(E_out)를 전송하는데 이용될 수 있는 반면, 서브-결합기들(301 및 302) 중 다른 하나는 인입 광학 신호(E_in)를 수신하는데 이용될 수 있다. 광학 신호들(E_out 및 E_in)은 광학 컴포넌트(401)와 타겟 사이에 놓인 공통 광학 경로를 따라 전파될 수 있다. 도 4c에 도시된 바와 같이, 한편으로, 서브-결합기(301)로부터의 송출 광학 신호(E₁)는 편광-의존 빔-분리기(401)에 의해 정의된 o-광선의 편광에 따라 편광될 수 있다. 편광-의존형 빔-분리기(401)를 통과한 후, 광학 신호(E₁)는 송출 광학 신호(E_out)를 야기할 수 있고, 여기서 광학 신호들(E₁ 및 E_out)의 편광은 동일하다. 예를 들어, 서브-결합기(301)로부터의 송출 광학 신호(E₁)가 편광-의존 빔-분리기(401)의 o-광선의 편광을 따라 편광되면(즉, x 방향을 따라 선형 편광되면), 송출 광학 신호(E_out)는 및 광학 신호 E₁의 편광과 동일한 편광(즉, x 방향을 따름)과 함께 편광-의존 빔-분리기(401)로부터 나와 탈출하고 편광-의존 빔-분리기(401)로부터 멀리 떨어진 광학 경로(예컨대, 도 4c에 나타낸 측방향 변위없이 광학 신호 E₁의 경로를 계속하는 경로)를 따라 전파할 수 있다.

반면에, 일부 실시예에 따르면, 인입 광학 신호(E_in)는 편광-의존 빔-분리기(401)에 의해 정의된 e-광선의 편광에 따라 편광될 수 있고 송출 광학 신호(E_out)와 동일한 광학 경로를 따라 그러나 반대 방향으로 전파할 수 있다. 편광-의존 빔-분리기(401)를 통과한 후, 인입 광학 신호(E_in)는 서브-결합기(302)와 결합될 수 있는 광학 신호 E₂를 야기할 수 있고, 여기서, 광학 신호들 E_in 및 E₂의 편광들은 동일하다. 예를 들어, 도 4c에 도시된 바와 같이, 편광-의존 빔-분리기(401)의 상위 표면에 수직인 방향으로 입사하는 y 방향을 따라 선형 편광된 인입 광학 신호(E_in)는, y 방향을 따라 선형 편광되고 서브-결합기(302)와 결합하는 광학 신호(E₂)를 야기할 수 있고, 여기서, 광학 신호 E₂는 편광-의존 빔-분리기(401)에 의해 측방향으로 변위된다. 도 4c에 나타낸 바와 같이, 송출 광학 신호(E_out)와 인입 광학 신호(E_in)의 편광들은 서로 직교하고, 광학 신호들 E₁과 E₂의 편광들은 서로 직교한다. 한 실시예에서, 인입 광학 신호(E_in)의 편광이 송출 광학 신호(E_out)의 편광과 직교하지 않을 때, 인입 광학 신호(E_in)는 o-광선과 e-광선으로 분할될 수 있고, 여기서, 도 4a의 실시예에 나타낸 바와 같이, o-광선은 서브-결합기(301)와 결합할 수 있고, e-광선은 서브-결합기(302)와 결합할 수 있다.

일부 실시예에 따르면, 서브-결합기들(301 및 302)의 역할들은 서로 바꿀 수 있어서, 송출 광학 신호는, 도 4c에 나타낸 바와 같이, o-광선 E₁ 대신에 e-광선 E₂일 수 있다.

도 4c에 도시된 바와 같이, 결합 편광 기초는 서브-결합기들(301 및 302)과 최적으로 결합하는 광학 신호들의 한 쌍의 편광들에 의해 형성될 수 있다. 일부 실시예에 따르면, 결합 편광 기초는 편광-의존 빔-분리기(401)에 대응하는 o-광선 및 e-광선의 편광들과 동일할 수 있다. 다른 실시예들에 따르면, 결합 편광 기초는 편광-의존 빔-분리기(401)에 대응하는 o-광선 및 e-광선의 편광들과는 상이할 수 있다.

일부 실시예에 따르면, 결합 편광 기초와 편광-의존 빔-분리기(401)에 대응하는 o-광선 및 e-광선의 편광들 사이의 차이는, 광학 코히어런트 촬상기의 적절한 설계에 의해 최소화될 수 있다. 이러한 적절한 설계는, 인입 광학 신호들과 송출 광학 신호들이 편광-의존 빔-분리기(401)의 표면들에서 거의 수직 입사를 유지하는 방향들을 따라 전파되도록 보장하는 광학 컴포넌트(하나 이상의 렌즈 등)를 포함할 수 있다. 이러한 적절한 설계는 또한, 인입 광학 신호들과 송출 광학 신호들이 서브-결합기들(301 및 302)의 최적 결합 방향들에 가까운 입사 각도들에서 서브-결합기들(301 및 302)과 결합하도록 보장하는 광학 컴포넌트(하나 이상의 렌즈 등)를 포함할 수 있다.

도 4c를 참조하면, 결합 편광 기초가 편광-의존 빔-분리기(401)에 대응하는 o-광선 및 e-광선의 편광과 상이할 수 있을 때, 결합기(300)에 의해 외결합된 광학 신호들은 편광-의존 빔-분리기(401)로부터 나오는 2개의 송출 광학 신호를 야기할 수 있고, 여기서, 2개의 송출 광학 신호는 o-광선 및 e-광선에 대응하는 광학 신호들이다. 이러한 상황에서, 서브-결합기(301)에 의해 방출된 광학 신호 E₁은, 송출 광학 신호(E_out)와 동일한 송출 o-광선, 및 송출 광학 신호 E_out(미도시)와는 상이한 광학 경로를 따라 전파되는 송출 e-광선을 야기할 수 있다. 광학 신호들을 전송 및 수신하기 위한 공유된 경로를 가능케하기 위해 편광 다양성을 이용하는 광학 코히어런트 촬상기의 경우, 이 환경에서의 송출 e-광선은, 송출 e-광선과 동일한 광학 경로를 공유하는 인입 광학 신호는 도 4c에 예시된 바와 같이 내결합 서브-결합기(302)와 결합될 수 없기 때문에 무시될 수 있다.

일부 실시예에 따르면, 도 4c의 서브-결합기들(301 및 302) 중 하나 또는 양쪽 모두는 편광-독립 자유 공간-도파관 결합기일 수 있다. 편광-독립 자유 공간-도파관 결합기를 이용하면, 편광-의존 빔-분리기(401)에 대응하는 o-광선 및 e-광선의 편광들에 관계없이 인입 광학 신호(E_in)를 최적으로 결합할 수 있다.

광학 코히어런트 감지의 일부 환경에서, 타겟에 의해 반사된 광학 신호는 타겟을 조명하는 광학 신호와 동일한 주 편광 성분을 갖는다. 이러한 상황들은 정반사(specular reflection) 및 반짝이는 타겟 표면의 광 반사를 포함하지만 이것으로 제한되는 것은 아니다. 따라서, 수신된 신호를 최적화하기 위해, 광학 신호들을 외결합 및 내결합하기 위해 편광 다양성을 이용하는 코히어런트 감지 유닛에서 편광 변환 메커니즘을 이용하는 것이 바람직할 수 있다.

도 5a는 본 개시내용의 한 실시예에 따른 Faraday 효과에 의해 실현된 편광 변환 구성(510)의 사시도를 도시한다. 편광 변환 구성(510)은 결합기(101)로 광학 신호들을 내결합 및 외결합하도록 배열되고, Faraday 회전기(501) 및 선택사항적인 편광 회전기(502)를 포함한다. 도 5b는 도 5a의 광학 신호들의 편광 상태들의 평면도를 도시한다.

도 5a에서, Faraday 회전기(501)는 타겟과 편광-다양화된 자유 공간-도파관 결합기(101) 사이에 배치된 광학 컴포넌트이다. Faraday 회전기(501)는 선형 편광된 광학 신호들을 소정 각도(예컨대, 45도)만큼 회전시키도록 구성될 수 있다. 도 5a에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 결합기(101)는 x 방향을 따라 선형 편광된 광학 신호(E₁)를 방출할 수 있다. Faraday 회전기(501)는, x 방향에 관해 45도 각도를 이루는 방향을 따라 선형 편광된 광학 신호 E₂를 야기하기 위해 광학 신호 E₁의 편광을 45도 회전시킬 수 있다.

도 5a에서, 선택사항적인 편광 회전기(502)(여기서는 간소화를 위해 편광 회전기라고 함)가 타겟과 Faraday 회전기(501) 사이에 배치된다. 편광 회전기(502)의 예들로는, 석영 회전기가 포함될 수 있지만 이것으로 제한되는 것은 아니다. 도 5a에서, 편광 회전기(502)는 광학 신호(E₂)의 편광을 소정 각도만큼 더 회전시키는 방식으로 구성될 수 있다. 도 5a에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 편광 회전기(502)는 x 방향에 관해 45도의 각도를 이루는 방향을 따라 선형 편광되는 광학 신호 E₂의 편광을 45도 회전시켜 y 방향을 따라 선형 편광되는 광학 신호 E₃을 야기한다.

편광 회전기(502)는 상호적 광학 컴포넌트(reciprocal optical component)이다, 즉, 편광 회전기(502)에 의한 편광 회전은 광학 신호의 전파 방향에 의존하지 않는다. 도 5a에 따르면, 편광 회전기(502)는, E₃과 동일한 선형 편광을 갖는 인입 광학 신호 E₄의 편광을 소정 각도(예컨대, 45도)만큼 회전시켜 E₂와 동일한 편광을 갖는 광학 신호 E₅를 야기할 수 있다. 대조적으로, Faraday 회전기(501)는 비-상호적 광학 컴포넌트(nonreciprocal optical component)이다. E₂에 대한 E₅의 역방향 전파 방향으로 인해, Faraday 회전기(501)는 광학 신호 E₅의 편광을 소정 각도(예컨대, 45도)만큼 회전시켜 광학 신호 E₁의 편광에 직교하는 방향(즉, 5a에서 y 방향)을 따라 선형 편광되는 광학 신호 E₆을 야기할 수 있다. 일부 실시예에 따르면, Faraday 회전기(501)에 의해 영향을 받는 각도 회전은, 편광 회전에 미치는 Faraday 회전기(501) 내부의 광학 신호의 전파 경로의 길이 및 전파 경로를 따른 자계 강도의 영향들이 서로를 보상할 수 있기 때문에, Faraday 회전기(501) 상으로의 광학 신호의 입사 각도에 민감하지 않을 수 있다. Faraday 회전기의 동작 원리는 본 기술분야의 통상의 기술자에게 널리 알려져 있다.

일부 실시예에 따르면, 선택사항적인 편광 회전기(502)는 E₃의 편광을 결합기(101)에 의해 정의된 편광 기초 성분들 중 하나로 변환하는데 이용될 수 있다. 한 예로서, 도 5a에서 결합기(101)에 의해 정의된 편광 기초는 x 및 y 방향들을 따른 선형 편광들이다. 다른 실시예들에 따르면, 석영 회전기일 수 있는 선택사항적인 편광 회전기(502)는 Faraday 회전기(501)와 함께 이용할 때 광대역 편광 회전을 가능케하는데 이용될 수 있다. 석영 회전기들 등의 종래의 편광 회전기들은 입사 광학 신호의 입사 각도에 민감하다. 일부 실시예에 따르면, 편광 회전기(502)는, 큰 각도 범위의 입사 광학 신호를 수용할 수 있으면서 의도된 위상 이동(phase shift)이 유지될 수 있는 편광 회전기일 수 있다. 이러한 광각 편광 회전기의 예들로는, 이러한 광각 편광 회전기의 예들로는, "A Wide-angle Multi-Octave Broadband Waveplate Based on Field Transformation Approach," Scientific Reports, 5, 17532(2015)에 설명된 필드 변환 접근법으로 설계된 인공 광자 구조물들이 포함되지만 이것으로 제한되는 것은 아니다.

일부 실시예에 따르면, 편광 변환 구성(510)의 컴포넌트들은 도 5a에 나타낸 별개의 컴포넌트들로서 나타날 수 있다. 다른 실시예들에 따르면, 편광 변환 구성(510)의 일부 또는 모든 컴포넌트들은 단일의 결합된 컴포넌트로서 나타날 수 있다. 추가로, 일부 실시예에 따르면, 편광 변환 구성(510)은 도 5a에 나타낸 바와 같이 편광-다양화된 자유 공간-도파관 결합기(101)를 포함하는 PIC 칩과는 별개인 광학 어셈블리일 수 있다. 다른 실시예들에 따르면, 편광 변환 구성(510)의 일부 또는 모든 컴포넌트들은 결합기(101)를 포함하는 PIC 칩의 표면에 부착될 수 있다. 추가 실시예들에 따르면, 편광 변환 구성(510)의 일부 또는 모든 컴포넌트들은 결합기(101)를 포함하는 PIC 칩 내에 있거나 그 일부일 수 있다.

도 5a에서, 예시의 목적을 위해, 내결합 광학 신호들 E₁, E₂, E₃의 전파경로와 외결합 광학 신호들 E₄, E₅, E₆의 전파 경로가 구분지어 그려져 있다. 일반적으로, 내결합 및 외결합 신호들의 전파 경로들은 공간적으로 구별될 수도 있고 그렇지 않을 수도 있다. 또한, 도 5a에서, 예시의 목적을 위해, 광학 신호들 E₁, E₂, E₃, E₄, E₅ 및 E₆은, z 방향을 따라 전파하는 것으로 도시되어 있으며, 결합기(101), Faraday 회전기(501) 및 편광 회전기(502)에 수직으로 입사된다. 일반적으로, 광학 신호들의 전파 방향들은 이들 컴포넌트들에 관해 수직 입사이거나 수직 입사 이외의 입사 각도들일 수 있다.

도 5c는 본 개시내용의 한 실시예에 따른 결합기(300)와 함께 이용하기 위한 편광 변환-분리 구성의 측면도를 도시하며, 여기서, 도 5a의 편광 변환 구성(510)은 도 4c의 편광-분리 구성과 통합된다. 도 5c에 도시된 바와 같이, 편광-의존 빔-분리기(401)는, (서브-결합기들(301 및 302)을 포함한) 결합기(300)와 (Faraday 회전기(501) 및 편광 회전기(502)를 포함한) 편광 변환 구성(510) 사이에 배치된다. 도 5c의 편광-의존 빔-분리기(401)는 서브-결합기들(301 및 302)과 결합된 광학 신호들이 공통 광학 경로를 따라 전파될 수 있게 하는데 이용될 수 있고, 여기서, 공통 광학 경로는 편광-의존 빔-분리기(401)와 타겟 사이에 놓인다. 예를 들어, 도 5c에 도시된 바와 같이, 서브-결합기(301)는 광학 신호 E₁을 자유 공간으로 출력할 수 있고, 여기서, E₁은 서브-결합기(301)에 의해 정의된 방향(예컨대, 도 5c의 x 방향)을 따라 선형 편광된다. 도 5c에 따라 및 도 4c 및 도 5a를 참조하면, 한편으로, 광학 신호 E₁은 E₁의 방향에 직교하는 방향(예컨대, y 방향)을 따라 선형 편광된 광학 신호 E₃을 야기할 수 있다. 한편, E₃과 동일한 편광을 갖고 송출 광학 신호 E₃과 공통의 광학 경로를 따르지만 반대 방향으로 편광 회전기(502), Faraday 회전기(501) 및 편광-의존 빔-분리기(401)을 통해 전파하는 인입 광학 신호 E₄는, E₁의 편광에 직교하는 방향(즉, y 방향)을 따라 선형 편광되고 E₁의 경로로부터 공간적으로 분리되어 광학 신호 E₆이 서브-결합기(302)와 결합하게 하는 광학 신호 E₆을 야기할 수 있다.

일부 실시예에 따르면, 편광 변환 구성(510) 및 편광-의존 빔-분리기(401)의 컴포넌트들은 도 5c에 나타낸 바와 같이 별개의 컴포넌트들로서 나타날 수 있다. 다른 실시예들에 따르면, 편광 변환 구성(510) 및 편광-의존 빔-분리기(401)의 일부 또는 모든 컴포넌트들이 단일의 결합된 컴포넌트로서 나타날 수 있다. 추가로, 일부 실시예에 따르면, 편광 변환 구성(510) 및 편광-의존 빔-분리기(401)는 도 5c에 나타낸 바와 같이 편광-다양화된 자유 공간-도파관 결합기(300)를 포함하는 PIC 칩과는 분리된 광학 어셈블리일 수 있다. 다른 실시예들에 따르면, 편광 변환 구성(510) 및 편광-의존 빔-분리기(401)의 일부 또는 모든 컴포넌트는 결합기(300)를 포함하는 PIC 칩의 표면에 부착될 수 있다. 추가 실시예들에 따르면, 편광 변환 구성(510) 및 편광-의존 빔-분리기(401)의 일부 또는 모든 컴포넌트는 결합기(300)를 포함하는 PIC 칩 내에 있거나 그 일부일 수 있다.

도 5c에서, 예시의 목적을 위해, 광학 신호들 E₁, E₃, E₄ 및 E₆은 z 방향을 따라 전파하고 결합기(300), 편광-의존 빔-분리기(401), Faraday 회전기(501) 및 편광 회전기(502)에서 수직 입사하는 것으로 도시되어 있다. 일반적으로, 광학 신호들의 전파 방향들은 이들 컴포넌트들에 관해 수직 입사이거나 수직 입사 이외의 입사 각도들일 수 있다.

도 6a는 본 개시내용의 또 다른 실시예에 따른 1/4 파장판(601)에 의해 실현되는 편광 변환 구성의 사시도를 도시한다. 본 실시예에서, 편광 변환은 1/4 파장판을 통한 위상 지연에 의해 실현된다. 도 6a에서, 1/4 파장판(601)은 타겟과 편광-다양화된 자유 공간-도파관 결합기(101) 사이에 배치된 광학 컴포넌트이다. 1/4 파장판(601)은, 그 광학 축의 적절한 배향을 통해, 선형 편광된 광학 신호를 원형 편광된 광학 신호로 변환하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 6a에 도시된 바와 같이, 1/4 파장판(601)은, x 방향을 따라 선형 편광된 광학 신호 E₁을, E₂의 전파 방향(양의 z 방향)에 관해 우측-원형 편광된 광학 신호 E₂로 변환할 수 있다. 도 6b는 도 6a의 광학 신호들의 편광 상태들의 평면도를 도시한다.

도 6a에 도시된 바와 같이, 광학 신호 E₃은 E₂의 편광 회전 방향과 동일한 원형 회전 방향을 갖는 편광을 갖지만, E₂의 전파 방향과 반대 방향으로 전파한다(즉, E₂ 및 E₃은 사실상 반대 방향을 가짐). 1/4 파장판(601)은, 광학 신호 E₃을 변환하여 E₁의 편광에 직교하는 방향을 따라 선형 편광된 광학 신호 E₄를 야기하는데 이용될 수 있다. 예를 들어, 도 6a에 도시된 바와 같이, 1/4 파장판(601)은 그 전파 방향(음의 z 방향)에 관해 좌측-원형 편광된 광학 신호 E₃을 y 방향을 따라 선형 편광된 광학 신호 E₄로 변환한다.

일부 실시예에 따르면, 1/4 파장판(601)은, 도 6a에 나타낸 바와 같이 편광-다양화된 자유 공간-도파관 결합기(101)를 포함하는 PIC 칩과는 별개의 컴포넌트일 수 있다. 다른 실시예들에 따르면, 1/4 파장판(601)은 결합기(101)를 포함하는 PIC 칩의 표면에 부착될 수 있다. 추가 실시예들에 따르면, 1/4 파장판(601)은 결합기(101)를 포함하는 PIC 칩 내에 있거나 그 일부일 수 있다.

도 6a에서, 예시의 목적을 위해, 내결합 광학 신호들 E₁, 및 E₂의 전파 경로와 외결합 광학 신호들 E₃, 및 E₄의 전파 경로가 구분되어 그려져 있다. 일반적으로, 내결합 및 외결합 신호들의 전파 경로들은 공간적으로 구별될 수도 있고 그렇지 않을 수도 있다. 추가로, 도 6a에서, 예시의 목적을 위해, 광학 신호들 E₁, E₂, E₃ 및 E₄는 z 방향을 따라 전파하고 결합기(101) 및 1/4 파장판(601)에 수직 입사되는 것으로 도시되어 있다. 일반적으로, 광학 신호들의 전파 방향들은 이들 컴포넌트들에 관해 수직 입사이거나 수직 입사 이외의 입사 각도들일 수 있다.

도 6c는 본 개시내용의 또 다른 실시예에 따른 결합기(300)와 함께 이용하기 위한 편광 변환-분리 구성의 측면도를 도시하며, 여기서 도 6a의 편광 변환 구성은 도 4c의 편광-분리 구성과 통합된다. 도 6c에 도시된 바와 같이, 편광-의존 빔-분리기(401)는, (서브-결합기들(301 및 302)을 포함하는) 결합기(300)와 1/4 파장판(601) 사이에 배치된다. 도 6c의 편광-의존 빔-분리기(401)는 서브-결합기들(301 및 302)과 결합된 광학 신호들이 공통 광학 경로를 따라 전파될 수 있게 하는데 이용될 수 있고, 여기서, 공통 광학 경로는 편광-의존 빔-분리기(401)와 타겟 사이에 놓인다. 예를 들어, 도 6c에 도시된 바와 같이, 서브-결합기(301)는 광학 신호 E₁을 자유 공간으로 출력할 수 있고, 여기서, E₁은 서브-결합기의 설계(301)에 의해 정의된 방향(예컨대, 도 6c의 x 방향)을 따라 선형 편광된다. 도 6c에 따라 및 도 4c 및 도 6a를 참조하면, 한편으로, 광학 신호 E₁은 E₂의 전파 방향에 관해(예컨대, 양의 z 방향을 따라) 우측-원형 편광된 광학 신호 E₂를 야기할 수 있다. 반면, 인입 광학 신호 E₃은 E₂의 편광 회전 방향과 동일한 원형 회전 방향의 편광을 가지며, 송출 광학 신호 E₂와 공통의 광학 경로를 따르지만 역방향으로 전파된다(즉, E₃은 그 전파 방향에 관해 좌측-원형 편광된다). 인입 광학 신호 E₃은, 1/4 파장판(601) 및 편광-의존 빔-분리기(401)를 통해, E₁의 편광에 직교하는 방향(예컨대, 도 6c의 y 방향)을 따라 선형 편광되고 광학 신호 E₄가 서브-결합기(302)와 결합할 수 있도록 E₁의 경로로부터 공간적으로 분리된 광학 신호 E₄를 야기할 수 있다.

일부 실시예에 따르면, 1/4 파장판(601) 및 편광-의존 빔-분리기(401)는 도 6c에 나타낸 바와 같이 별개의 컴포넌트들로서 나타날 수 있다. 다른 실시예들에 따르면, 1/4 파장판(601) 및 편광-의존 빔-분리기(401)는 단일의 결합된 컴포넌트로서 나타날 수 있다. 추가로, 일부 실시예에 따르면, 1/4 파장판(601) 및 편광-의존 빔-분리기(401)는 도 6c에 나타낸 바와 같이 편광-다양화된 자유 공간-도파관 결합기(300)를 포함하는 PIC 칩과는 분리된 광학 어셈블리일 수 있다. 다른 실시예들에 따르면, 1/4 파장판(601) 및 편광-의존 빔-분리기(401) 중 하나 또는 양쪽 모두는 결합기(300)를 포함하는 PIC 칩의 표면에 부착될 수 있다. 추가 실시예들에 따르면, 1/4 파장판(601)과 편광-의존 빔-분리기(401) 중 하나 또는 양쪽 모두는 결합기(300)를 포함하는 PIC 칩 내에 있거나 그 일부일 수 있다.

도 6c에서, 예시의 목적을 위해, 광학 신호들 E₁, E₂, E₃ 및 E₄는 z 방향을 따라 전파하고 결합기(300), 편광-의존 빔-분리기(401) 및 1/4 파장판(601)에 수직으로 입사되는 것으로 도시되어 있다. 일반적으로, 광학 신호들의 전파 방향들은 이들 컴포넌트들에 관해 수직 입사이거나 수직 입사 이외의 입사 각도들일 수 있다.

광학 코히어런트 감지의 일부 응용에서, 타겟은, 복귀하는 광학 신호가 조명하는 광학 신호의 편광과는 실질적으로 상이한 편광으로 편광되는 방식으로 타겟을 조명하는 광학 신호를 반사하거나 산란시킬 수 있다. 수신된 신호를 최적화하기 위해, 코히어런트 감지 유닛이 임의의 편광 상태들을 갖는 인입 광학 신호들을 검출할 수 있는 것이 바람직할 수 있다.

도 7a는 본 개시내용의 또 다른 실시예에 따른 편광 다양성에 기초하여 광학 신호들을 전송 및 수신하기 위한 코히어런트 감지 유닛(700)의 평면도를 도시한다. 도 7a의 코히어런트 감지 유닛(700)은 도 1a의 코히어런트 감지 유닛(100)과 유사하다. 코히어런트 감지 유닛(700)과 코히어런트 감지 유닛(100) 사이의 주된 차이점은, 코히어런트 감지 유닛(700)이 또한, 도 1a의 코히어런트 감지 유닛(100)의 실시예에 따라 결합기(101)에 의해 결합되고 도파관(121)으로 지향되는 인입 광학 신호(E_in)의 성분을 처리할 수 있다는 것이다.

더 구체적으로, 도 7a를 참조하면, 광학 소스 신호(E_S)는 도파관(731)을 통해 코히어런트 감지 유닛(700)에 공급되고, LO(local oscillator) E_LO는 도파관(734)을 통해 코히어런트 감지 유닛(700)에 공급된다. 도 7a에서, 컴포넌트(705)는 2×2 광학 결합기이다. 도파관(733)으로부터 입력되는 어떠한 신호도 없기 때문에, 2×2 광학 결합기(705)는, 도파관(731)으로부터의 광학 소스 신호(E_S)를 분할하고 E_S의 일부를 광학 신호(E₁)로서 도파관(721)을 통해 편광-다양화된 자유 공간-도파관 결합기(701) 내로 지향시키는 분할 결합기로서 기능할 수 있다. E_S의 일부는 또한, 도파관(732)을 통과할 수 있다. 도파관(732) 내로 전달된 E_S의 일부는 (예컨대, 도 7b의 코히어런트 감지 유닛(710)에서와 같이) 다른 목적들을 위해 이용될 수 있거나 단순히 손실로서 간주될 수 있다. 후자의 상황의 경우, 도파관(732)에 전달된 E_S의 일부는 임의의 배면 반사(back reflection)를 피하기 위해 적절하게 감쇠될 필요가 있을 수 있다. 도파관들(721 및 732)로 각각 전달되는 E_S의 부분들은 2×2 광학 결합기(705)의 분할 비율 및 손실에 의존한다. 일부 실시예에 따르면, 2×2 광학 결합기(705)는 50/50 2×2 광학 결합기일 수 있다. 다른 실시예들에 따르면, 2×2 광학 결합기(705)는 50/50 이외의 분할 비율을 가질 수 있다.

도 7a에서, 편광-다양화된 자유 공간-도파관 결합기(701)(여기서는 간소화를 위해 결합기(701)라고 함)는 전송기 및 수신기 양쪽 모두로서 기능하는 도 1a의 코히어런트 감지 유닛(100)의 결합기(101)와 유사하다. 도파관들(721 및 722)에 접속되는 것은 2-도파관 결합기이다.

전송기로서, 도 7a를 참조하면, 결합기(701)는, 도파관(721)으로부터의 광학 신호 E₁을, 광학 코히어런트 촬상기에 의한 타겟 조명에 이용될 수 있는, 송출 광학 신호(E_out)로서 자유 공간에 결합할 수 있다. 결합기(701)에 의해 출력되는 송출 광학 신호(E_out)는 x-y 평면을 벗어나는 방향으로 전파되고(즉, E_out의 전파 방향은 0이 아닌 z 성분을 가짐), 결합기(701)의 설계에 의해 정의된 편광을 갖고 편광된다.

수신기로서, 도 7a를 참조하면, 결합기(701)는 인입 광학 신호(E_in)를 코히어런트 감지 유닛(700)에 결합할 수 있다. 결합기(701)에 의해 결합된 인입 광학 신호(E_in)는, 인입 광학 신호(E_in)의 편광 상태에 따라, 도파관(721 및 722) 중 하나 또는 양쪽 모두로 지향될 수 있다. 도파관들(721 및 722)에 결합되는 인입 광학 신호(E_in)의 편광 성분들은 결합기(701)의 설계에 의존한다. 일부 실시예에 따르면, 송출 광학 신호(E_out)의 편광에 직교하는 인입 광학 신호(E_in)의 편광 성분은 내결합된 광학 신호(E₂)로서 도파관(722)으로 지향될 수 있고, 도파관(722)으로 지향되는 인입 광학 신호(E_in)의 편광 성분에 직교하는 인입 광학 신호(E_in)의 편광 성분은 내결합된 광학 신호(E₃)로서 도파관(721)으로 지향될 수 있다. 내결합된 광학 신호 E₃은 광학 신호 E₁의 전파 방향과 반대 방향으로 전파된다. 도파관(732)으로부터 어떠한 신호 입력도 없기 때문에, 2×2 광학 결합기(705)는, 도파관(721)으로부터의 내결합된 광학 신호(E₃)를 분할하고 E₃의 일부를 광학 신호 E₄로서 도파관(733)을 통해 2×2 광학 결합기(712)로 지향시키는 분할 결합기로서 기능할 수 있다. E₃의 일부는 또한, 도파관(731)을 통과할 수 있고 광학 소스 신호(E_S)의 전파 방향과 반대 방향으로 전파할 수 있다. 일부 실시예에 따르면, 도파관(731)의 E₃의 성분은 감지 유닛(700)을 포함하는 PIC 칩의 다른 부분들에 영향을 미치지 않고 방치될 수 있다. 도파관들(731 및 733)로 각각 전달되는 E₃의 비율은 2×2 광학 결합기(705)의 분할 비율 및 손실에 의존한다.

도 7a에서, 결합기(701)가 단일 엔티티로서 도시되어 있지만, 결합기(701)는 일반적으로 단일 광자 컴포넌트 또는 여러 광자 컴포넌트를 포함할 수 있다. 일부 실시예에 따르면, 도 1a 및 도 1b에 나타낸 결합기(101)와 유사하게, 결합기(701)는 편광-분할 자유 공간-도파관 결합기에 의해 실현될 수 있다. 다른 실시예들에 따르면, 결합기(701)는 도 2의 결합기(200)에 의해 실현될 수 있고, 여기서, 도파관들(221 및 222)은 도파관들(721 및 722)과 동일할 수 있다(즉, 도파관(721)은 도파관(221)이고, 도파관(722)은 도파관(222)이거나, 도파관(721)은 도파관(222)이고 도파관(722)은 도파관(221)임). 추가 실시예들에 따르면, 결합기(701)는 도 3의 결합기(300)에 의해 실현될 수 있고, 여기서, 도파관들(321 및 322)은 도파관들(721 및 722)과 동일할 수 있다(즉, 도파관(721)은 도파관(321)이고, 도파관(722)은 도파관(322)이거나, 도파관(721)은 도파관(322)이고 도파관(722)은 도파관(321)임). 결합기(701)가 결합기(300)에 의해 실현되는 역시 추가적인 실시예들에 따르면, 도 4c의 편광-의존 빔-분리기(401)는 송출 광학 신호(E_out) 및 인입 광학 신호(E_in)가 공통 광학 경로를 따라 전파하는 것을 가능케하기 위해 코히어런트 감지 유닛(700)과 함께 이용될 수 있고, 여기서 공통 광학 경로는 편광-의존 빔-분리기(401)와 타겟 사이에 놓인다. 일부 실시예에 따르면, 도 1a 및 도 1b의 결합기(101)와 유사하게, 결합기(701)는 또한, TE-TM 모드 전환기들, 분할기들, 및 결합기들 중 임의의 것을 포함할 수 있다.

또한, 일부 실시예에 따르면, 도 5a 및 도 5c에 나타낸 Faraday 회전기(501) 및 선택사항적인 편광 회전기(502)는 송출 광학 신호와 인입 광학 신호의 편광들을 회전시키기 위해 결합기(701)와 함께 이용될 수 있다. 일부 실시예에 따르면, 도 6a 및 도 6c에 나타낸 1/4 파장판(601)은 결합기(701)와 함께 이용되어, 송출 광학 신호를, 송출 광학 신호의 편광에 따라, 선형 편광된, 원형 편광된 또는 타원 편광된 광학 신호로 변환할 수 있다.

도 7a에서, 컴포넌트(706)는, 도파관(734)으로부터의 LO를 분할하고 LO의 일부를 LO E_LO,1로서 도파관(723)으로 지향시키고, LO의 일부를 LO E_{LO, 2}로서 도파관(735)으로 지향시키는 분할 결합기이다. 도파관들(723 및 735)에 각각 전달되는 LO의 일부는 분할 결합기(706)의 분할 비율 및 손실에 의존한다. 일부 실시예에 따르면, 분할 결합기(706)는 50/50 분할 결합기일 수 있다. 다른 실시예들에 따르면, 분할 결합기(706)는 50/50 이외의 분할 비율을 가질 수 있다.

도 7a에서, 컴포넌트(702)는 도파관(722)으로부터의 내결합된 광학 신호(E₂)와 도파관(723)으로부터의 LO E_{LO, 1}을 혼합하고 혼합된 신호를 분할하여 도파관들(724 및 725)로 지향시키는 2×2 광학 결합기이다. 일부 실시예에 따르면, 2×2 광학 결합기(702)는 도 1의 코히어런트 감지 유닛(100)의 2×2 광학 결합기(102)와 유사할 수 있다.

도 7a에서, 컴포넌트(703)는 도파관(724)으로부터 광학 신호를 수신하고 검출하는 제곱-법칙 광검출기이다. 유사하게, 도 7a에서, 컴포넌트(704)는 도파관(725)으로부터 광학 신호를 수신하고 검출하는 제곱-법칙 광검출기이다. 일부 실시예에 따르면, 광검출기들(703 및 704)은 도 1의 코히어런트 감지 유닛(100)의 광검출기들(103 및 104)과 유사할 수 있다.

일부 실시예에 따르면, 광검출기들(703 및 704)은, 광검출기들(703 및 704)의 전기적 출력들을 처리하는데 이용되는, 트랜스임피던스 증폭기(TIA)들, 트랜지스터들, 다이오드들, 저항기들, 커패시터들, 및 전기 스위치들 중 임의의 하나 이상 등의 그러나 이것으로 제한되지 않는 전자 컴포넌트들을 포함하는 출력 전자 회로에 접속될 수 있다. 이 출력 전자 회로는 도 7a에 도시되어 있지 않다.

도 7a에서, 컴포넌트(712)는 도파관(733)으로부터의 내결합된 신호(E₄)와 도파관(735)으로부터의 LO E_LO,2를 혼합하고 혼합된 신호를 분할하여 도파관들(736 및 737)로 지향시키는 2×2 광학 결합기이다.

도 7a에서, 컴포넌트(713)는 도파관(736)으로부터 광학 신호를 수신하고 검출하는 제곱-법칙 광검출기이다. 유사하게, 도 7a에서, 컴포넌트(714)는 도파관(737)으로부터 광학 신호를 수신하고 검출하는 제곱-법칙 광검출기이다. 일부 실시예에 따르면, 광검출기들(713 및 714)은 광검출기들(703 및 704)과 유사할 수 있다.

일부 실시예에 따르면, 광검출기들(713 및 714)은, 광검출기들(713 및 714)의 전기적 출력들을 처리하는데 이용되는, 트랜스임피던스 증폭기(TIA)들, 트랜지스터들, 다이오드들, 저항기들, 커패시터들, 및 전기 스위치들 중 임의의 하나 이상 등의 그러나 이것으로 제한되지 않는 전자 컴포넌트들을 포함하는 출력 전자 회로에 접속될 수 있다. 이 출력 전자 회로는 도 7a에 도시되어 있지 않다. 일부 실시예에 따르면, 광검출기들(713 및 714)에 접속된 출력 전자 회로는, 광검출기들(703 및 704)에 접속된 출력 전자 회로와 함께 단일의 전자 회로를 형성할 수 있다. 다른 실시예들에 따르면, 광검출기들(713 및 714)에 접속된 출력 전자 회로는 광검출기들(703 및 704)에 접속된 출력 전자 회로와는 별개일 수 있다.

일부 실시예에 따르면, 코히어런트 감지 유닛(700)은, 위상, 진폭, 주파수, 파장, 및 시간적 제어들 중 임의의 하나 이상을 위한, 전기-광학 컴포넌트들 및 열-광학 컴포넌트들 중 임의의 하나 이상을 포함한 그러나 이것으로 제한되지 않는 명시적으로 도시되지 않은 컴포넌트들을 포함할 수 있다.

도 7b는 본 개시내용의 역시 또 다른 실시예에 따른 편광 다양성에 기초하여 광학 신호들을 전송 및 수신하기 위한 코히어런트 감지 유닛(710)의 평면도를 도시한다. 도 7b의 코히어런트 감지 유닛(710)은 도 7a의 코히어런트 감지 유닛(700)과 유사하다. 코히어런트 감지 유닛(700)과 코히어런트 감지 유닛(710) 사이의 주요 차이점은, 코히어런트 감지 유닛(710)에서, 도파관(734)이 도파관(732)에 접속되어 LO E_LO가 도파관(732)으로 전달되는 광학 소스 신호(E_S)의 일부로부터 나온다는 점이다.

도 8은 본 개시내용의 추가 실시예에 따른 편광 다양성에 기초하여 광학 신호들을 전송 및 수신하기 위한 코히어런트 감지 유닛(800)의 평면도를 도시한다. 도 8의 코히어런트 감지 유닛(800)은 도 7a의 코히어런트 감지 유닛(700)과 유사하다. 코히어런트 감지 유닛(800)과 코히어런트 감지 유닛(700) 사이의 주요 차이점은, 광학 순환기(805)가 코히어런트 감지 유닛(800)에서 이용되어 코히어런트 감지 유닛(700)의 2x2 광학 결합기(705)를 대체해 광학 신호들의 흐름을 지향시킨다는 점이다. 광학 순환기(805)의 예들로는, “Broadband TE Optical Isolators and Circulators in Silicon Photonics Through Ce:YIG Bonding,” Journal of Lightwave Technology, Vol. 37, No. 5, p. 1463 (2019)에서 설명된 MZI(Mach-Zehnder interferometer) 구성의 이종 Ce:YIG/실리콘 도파관들에 기초한 광학 순환기가 포함될 수 있지만 이것으로 제한되는 것은 아니다.

도 8의 실시예에 따르면, 광학 순환기(805)는 광학 신호들을 원형 방향으로 라우팅하는 3-포트 광학 순환기이다. 더 구체적으로, 광학 순환기(805)는 광학 신호들을 시계 방향으로 라우팅할 수 있다: 도파관(731)으로부터 입력되는 광학 신호는 도파관(721)으로 지향되고, 도파관(721)으로부터 입력되는 광학 신호는 도파관(733)으로 지향되고, 도파관(733)으로부터 입력되는 광학 신호는 도파관(731)으로 지향된다.

도 8에서, 광학 순환기(805)는 도파관들(721, 731, 및 733)과 결합된다. 도 7의 코히어런트 감지 유닛(700)의 도파관(732)은 도 8의 코히어런트 감지 유닛(800)에서 생략될 수 있다. 광학 순환기(805)는 도파관(731)에서 광학 소스 신호(E_S)를 라우팅하여 도파관(721)에서 광학 신호(E₁)를 야기할 수 있다. 결합기(701)에 의해 수신된 내결합된 광학 신호 E₃은 도파관(721)을 통해 광학 순환기(805)로 지향될 수 있고, 여기서, 광학 순환기(805)는 내결합된 광학 신호 E₃을 도파관(733)으로 라우팅하여 광학 신호 E₄를 야기할 수 있다.

일부 실시예에 따르면, 4-포트 MZI-기반의 광학 순환기에 의해 실현된 것 등의, 4-포트 광학 순환기가 광학 순환기(805)를 위한 3-포트 광학 순환기 대신에 이용될 수 있고, 도 7의 코히어런트 감지 유닛(700)의 도파관(732)은 도 8의 코히어런트 감지 유닛(800)에서 유지될 수 있다. 이러한 환경에서, 4-포트 광학 순환기는 도파관들(721, 731, 732, 및 733)에 결합될 수 있고, 여기서, 4-포트 광학 순환기는 광학 신호들을 도파관(731)으로부터 도파관(721)으로, 도파관(721)으로부터 도파관(733)으로, 도파관(733)으로부터 도파관(732)으로, 및 도파관(732)으로부터 도파관(731)으로 라우팅한다.

도 8에서, 이상적으로는, 코히어런트 감지 유닛(700)의 2×2 광학 결합기(705)를 대체하기 위해 코히어런트 감지 유닛(800)에서의 광학 순환기(805)의 이용은, 도파관(732)로 전달되는 광학 소스 신호(E_S)의 일부의 손실을 피하는 이점을 가질 수 있다. 그럼에도 불구하고, 현재의 최신 기술의 온칩 광학 순환기는, 코히어런트 감지 유닛(700)의 구성에서 2×2 광학 결합기(705)를 이용하는 것에 비해 이점을 부여하기에는 여전히 너무 높을 수 있는 삽입 손실(> 10 dB)을 갖는다.

도 9는 본 개시내용의 역시 추가적인 실시예에 따른 편광 다양성에 기초하여 광학 신호들을 전송 및 수신하기 위한 코히어런트 감지 유닛(900)의 평면도를 도시한다. 코히어런트 감지 유닛(900)은 임의의 편광 상태를 갖는 인입 광학 신호를 검출하는 코히어런트 감지 유닛들(700, 710 및 800)과 유사하다. 코히어런트 감지 유닛(900)과 코히어런트 감지 유닛들(100, 700, 710 및 800) 사이의 주요 차이점은, 코히어런트 감지 유닛(900)이, 임의의 편광 상태들을 갖는 내결합된 광학 신호들을 송출 광학 신호를 운반하는 도파관과 구별되는 도파관들로 지향시키는 편광-다양화된 자유 공간-도파관 결합기를 포함한다는 점이다.

더 구체적으로, 도 9를 참조하면, 광학 소스 신호(E_S)는 도파관(921)을 통해 코히어런트 감지 유닛(900)에 공급되고, LO(local oscillator) E_LO는 도파관(934)을 통해 코히어런트 감지 유닛(900)에 공급된다.

도 9에서, 편광-다양화된 자유 공간-도파관 결합기(901)(여기서는 간소화를 위해 결합기(901)라고 함)는 도파관들(921, 922, 및 933)에 접속되는 3-도파관 결합기이다. 결합기(901)는 전송기 및 수신기 양쪽 모두로서 기능할 수 있다.

전송기로서, 도 9를 참조하면, 결합기(901)는, 도파관(921)으로부터의 송출 광학 신호 E₁(광학 소스 신호(E_S)와 본질적으로 동일함)을, 광학 코히어런트 촬상기에 의한 타겟 조명에 이용될 수 있는 송출 광학 신호(E_out)로서 자유 공간 내에 결합할 수 있다. 결합기(901)에 의해 출력되는 송출 광학 신호(E_out)는 x-y 평면을 벗어나는 방향으로 전파되고(즉, E_out의 전파 방향은 0이 아닌 z 성분을 가짐), 결합기(901)의 설계에 의해 정의된 편광 상태로 편광된다.

수신기로서, 결합기(901)는 인입 광학 신호(E_in)를 코히어런트 감지 유닛(900)에 결합할 수 있다. 결합기(901)에 의해 결합된 인입 광학 신호(E_in)는, 인입 광학 신호(E_in)의 편광 상태에 따라, 도파관들(922 및 933) 중 하나 또는 양쪽 모두로 지향될 수 있다. 도파관들(922 및 933)에 결합되는 인입 광학 신호(E_in)의 편광 성분들은 결합기(901)의 설계에 의존한다. 일부 실시예에 따르면, 송출 광학 신호(E_out)의 편광에 직교하는 인입 광학 신호(E_in)의 편광 성분은 내결합된 광학 신호(E₂)로서 도파관(922)으로 지향될 수 있고, 도파관(922)으로 지향되는 인입 광학 신호(E_in)의 편광 성분에 직교하는 인입 광학 신호(E_in)의 편광 성분은 내결합된 광학 신호(E₃)로서 도파관(933)으로 지향될 수 있다.

도 9에서, 결합기(901)가 단일 엔티티로서 도시되어 있지만, 결합기(901)는 일반적으로 단일 광자 컴포넌트 또는 여러 광자 컴포넌트를 포함할 수 있다. 결합기(901)의 실시예들이 아래에서 더 상세히 설명될 도 10a, 도 11a, 및 도 13a에 예시되어 있다. 일부 실시예에 따르면, 도 1a 및 도 1b의 결합기(101)와 유사하게, 결합기(901)는 또한, TE-TM 모드 전환기들, 분할기들, 및 결합기들 중 임의의 것을 포함할 수 있다.

도 9에서, 분할 결합기(906)는 도파관(934)으로부터의 LO E_LO를 분할하고 LO의 일부를 LO E_LO,1로서 도파관(923)으로 지향시키고, LO의 일부를 LO E_{LO, 2}로서 도파관(935)으로 지향시킨다. 도파관들(923 및 935)에 각각 전달되는 LO의 일부는 분할 결합기(906)의 분할 비율 및 손실에 의존한다. 일부 실시예에 따르면, 분할 결합기(906)는 50/50 분할 결합기일 수 있다. 다른 실시예들에 따르면, 분할 결합기(906)는 50/50 이외의 분할 비율을 가질 수 있다.

도 9에서, 컴포넌트(902)는 도파관(922)으로부터의 내결합된 광학 신호(E₂)와 도파관(923)으로부터의 LO E_{LO, 1}을 혼합하고 혼합된 신호를 분할하여 도파관들(924 및 925)로 지향시키는 2×2 광학 결합기이다. 일부 실시예에 따르면, 2×2 광학 결합기(902)는 도 7a의 코히어런트 감지 유닛(700)의 2×2 광학 결합기(702)와 유사할 수 있다.

도 9에서, 컴포넌트(903)는 도파관(924)으로부터 광학 신호를 수신하고 검출하는 제곱-법칙 광검출기이다. 유사하게, 도 9에서, 컴포넌트(904)는 도파관(925)으로부터 광학 신호를 수신하고 검출하는 제곱-법칙 광검출기이다. 일부 실시예에 따르면, 광검출기들(903 및 904)은 도 7a의 코히어런트 감지 유닛(700)의 광검출기들(703 및 704)과 유사할 수 있다.

도 9에서, 도 7a의 코히어런트 감지 유닛(700)의 2×2 광학 결합기(712)와 유사하게, 컴포넌트(912)는 도파관(933)으로부터의 내결합된 광학 신호(E₃)와 도파관(935)으로부터의 LO E_{LO, 2}를 혼합하고 혼합된 신호를 분할하여 도파관들(936 및 937)로 지향시키는 2×2 광학 결합기이다.

도 9에서, 컴포넌트(913)는 도파관(936)으로부터 광학 신호를 수신하고 검출하는 제곱-법칙 광검출기이다. 유사하게, 도 9에서, 컴포넌트(914)는 도파관(937)으로부터 광학 신호를 수신하고 검출하는 제곱-법칙 광검출기이다. 일부 실시예에 따르면, 광검출기들(913 및 914)은 도 7a의 코히어런트 감지 유닛(700)의 광검출기들(713 및 714)과 유사할 수 있다.

도 10a는 본 개시내용의 한 실시예에 따른 3-도파관 편광-다양화된 자유 공간-도파관 결합기(1000)의 평면도를 도시한다. 도 10b는 도 10a에 나타낸 결합기(1000)의 사시도를 도시한다. 도 10b는 추가적으로, 서브-결합기들(1001 및 1002)과 결합하는 편광된 송출 및 인입 광학 신호들 E₁₀, E₂₃ 및 E₃₃을 도시한다. 도 10a에서 파선으로 표시된 바와 같이, 결합기(1000)는 2개의 서브-결합기(1001 및 1002)를 포함한다. 일부 실시예에 따르면, 서브-결합기(1001)는 도 1b에 나타낸 바와 같은 편광-다양화된 자유 공간-도파관 결합기(101) 또는 도 2에 나타낸 바와 같은 편광-다양화된 자유 공간-도파관 결합기(200)에 의해 실현될 수 있는 반면, 서브-결합기(1002)는, 단일 도파관에 결합되는 격자 결합기를 포함한 그러나 이것으로 제한되지 않는 자유 공간-도파관 결합기에 의해 실현될 수 있다. 다른 실시예들에 따르면, 서브-결합기(1002)는 편광-독립 자유 공간-도파관 결합기에 의해 실현될 수 있다.

도 10a를 참조하면, 한편으로, 도파관(921)은 외결합 도파관으로서 서브-결합기(1001)에 접속되고, 도파관(922)은 제1 내결합 도파관으로서 서브-결합기(1001)에 접속된다. 한편, 도파관(933)은 제2 내결합 도파관으로서 서브-결합기(1002)에 접속된다. 여기서, 도파관들(921, 922, 933)은 도 9에 나타낸 바와 같이 코히어런트 감지 유닛(900)의 동일한 도파관들(921, 922, 및 933)이다.

도 10a 및 도 10b에 도시된 바와 같이, 서브-결합기(1001)의 한 주요 기능은 타겟 조명을 위한 광학 신호를 외결합하는 전송기로서 작용하는 것이다. 도파관(921) 내의 광학 신호 E₁은 서브-결합기(1001)에 의해 송출 광학 신호 E₁₀으로서 자유 공간 내에 외결합될 수 있다. 도 1b의 결합기(101)와 유사하게, 송출 광학 신호 E₁₀은 서브-결합기(1001)의 설계에 따라 편광된다. 예를 들어, 도 10b에 도시된 바와 같이, 광학 신호 E₁₀은 x 방향을 따라 선형 편광된다.

도 10a 및 도 10b에 도시된 바와 같이, 서브-결합기(1001)의 또 다른 주요 기능은, 인입 광학 신호를 코히어런트 감지 유닛(900) 내에 내결합하는 수신기로서 작용하는 것이며, 여기서, 인입 광학 신호의 편광 상태는 송출 광학 신호의 편광에 직교한다. 송출 광학 신호 E₁₀에 직교하는 편광을 갖는 인입 광학 신호 E₂₃은 서브-결합기(1001)에 의해 내결합되어 도파관(922)에서 내결합된 광학 신호 E₂를 야기한다. 도 1의 결합기(101)와 유사하게, 서브-결합기(1001)에 의해 최적으로 내결합된 인입 광학 신호 E₂₃의 편광은 서브-결합기(1001)의 설계에 따라 결정된다. 예를 들어, 도 10b에 도시된 바와 같이, 최적으로 내결합된 광학 신호 E₂₃은 y 방향을 따라 선형 편광된다.

도 10a 및 도 10b에 도시된 바와 같이, 서브-결합기(1002)의 한 주요 기능은, 인입 광학 신호를 코히어런트 감지 유닛(900) 내에 내결합하는 수신기로서 작용하는 것이며, 여기서, 인입 광학 신호의 편광 상태는 서브-결합기(1001)에 의해 도파관(922) 내에 결합된 인입 광학 신호의 편광에 직교한다. 광학 신호 E₂₃의 편광에 직교하는 편광을 갖는 인입 광학 신호 E₃₃은 서브-결합기(1002)에 의해 내결합되어 도파관(933)에서 내결합된 광학 신호 E₃을 야기한다. 서브-결합기(1001)와 유사하게, 서브-결합기(1002)에 의해 최적으로 내결합된 인입 광학 신호 E₃₃의 편광은 서브-결합기(1002)의 설계에 따라 결정된다. 예를 들어, 도 10b에 도시된 바와 같이, 최적으로 내결합된 광학 신호 E₃₃은 x 방향을 따라 선형 편광되며, 이것은 송출 광학 신호 E₁₀의 편광과 동일하다.

도 10c는, 본 개시내용의 한 실시예에 따른, 광학 신호들을 외결합하기 위한 3-도파관 편광-다양화된 자유 공간-도파관 결합기와 함께 이용하기 위한 편광 변환-분리 구성(1010)의 측면도를 도시한다. 도 10d는 광학 신호들을 내결합하기 위해 이용되는 도 10c에 나타낸 구성(1010)의 측면도를 도시한다. 편광 변환-분리 구성(1010)은 결합기(1000)에 도달하는 인입 광학 신호들 E₂₃ 및 E₃₃ 및 결합기(1000)에 의해 방출되는 송출 광학 신호 E₁₀이 공통 광학 경로를 따라 전파할 수 있게 하며, 여기서, 공통 광학 경로는 구성(1010)과 타겟 사이에 놓여 있다. 편광 변환-분리 구성(1010)은, 도 10c 및 도 10d에 나타낸 바와 같이, Faraday 회전기(1051), 선택사항적인 편광 회전기(1052), 및 편광-의존 빔-분리기(1041)를 포함한다. 예시의 목적을 위해, 도 10e는 도 10c의 광학 신호들의 편광 상태들의 평면도를 도시한다. 유사하게, 도 10f는 도 10d의 광학 신호들의 편광 상태들의 평면도를 도시한다.

광학 신호 전송을 위해, 도 10b 및 도 10c에 도시된 바와 같이, 결합기(1000)의 서브-결합기(1001)는, 도파관(921)으로부터의 광학 신호 E₁을 외결합하여 서브-결합기(1001)의 설계에 따라 선형 편광되고(예컨대, x 방향을 따라 선형 편광되고) 서브-결합기(1001)를 벗어나 (예컨대, 양의 z 방향을 향하여) 자유 공간으로 전파되는 광학 신호 E₁₀을 야기할 수 있다. 도 10c 및 도 10e에 나타낸 바와 같이, Faraday 회전기(1051)는 광학 신호 E₁₁을 야기하기 위해 각도(예컨대, 45도)만큼 광학 신호 E₁₀의 편광을 회전시킬 수 있다(예컨대, E₁₁은 x 방향에 관해 45도 각도의 방향을 따라 선형 편광됨). 도 5c의 편광 회전기(502)와 유사한 선택사항적인 편광 회전기(1052)는 E₁₁의 편광을 각도(예컨대, 45도)만큼 추가로 회전시켜, 광학 신호 E₁₂를 야기할 수 있다(예컨대, E₁₂가 y 방향을 따라 선형 편광됨). 도 4c의 편광-의존 빔-분리기(401)와 유사한 편광-의존 빔-분리기(1041)는, (편광-의존 빔-분리기(1041)의 구성에 따라 o-광선으로서 나타날 수 있는) 광학 신호 E₁₂가 의도된 광학 경로를 따라(예컨대, 측방향 변위 없이 E₁₂와 동일한 광학 경로를 따라) 전파되는 광학 신호 E₁₃을 야기할 수 있는 방식으로 구성될 수 있다. 일부 실시예에 따르면, 광학 신호 E₁₃은 E₁₂와 동일한 편광으로 편광(즉, y 방향을 따라 선형 편광)될 수 있다. 광학 신호 E₁₃은 타겟 조명에 이용될 수 있다. 도 5a 및 도 5c의 편광 회전기(502)와 유사하게, 일부 실시예에 따르면, 선택사항적인 편광 회전기(1052)의 기능은 타겟 조명을 위해 편광-의존 빔-분리기(1041)로부터 나오는 광학 신호가 결합기(1000)에 의해 정의된 편광 기초 성분들 중 하나와 동일한 (예컨대, 도 10c의 실시예에 따른 광학 신호 E₁₀의 편광에 직교하는) 방향을 따라 편광될 수 있게 하는 것일 수 있다.

일부 실시예에 따르면, 광학 신호 E₁₁과 동일한 편광 상태를 갖는 송출 광학 신호가 타겟 조명에 이용될 수 있도록, 편광 변환-분리 구성(1010)의 선택사항적인 편광 회전기(1052)는 생략될 수 있다. 이러한 상황에서, 편광-의존 빔-분리기(1041)는, 광학 신호 E₁₁이 의도된 광학 경로를 따라 전파되는(예컨대, 측방향 변위 없이 E₁₁의 경로를 계속하는) 단일 광학 신호로서 편광-의존 빔-분리기(1041)로부터 나타날 수 있도록 하는 방식으로, 광학 신호 E₁₁의 편광 방향에 따라 편광-의존 빔-분리기(1041)의 광학 축을 배향시키는 등에 의해 구성될 필요가 있을 수 있다. 일부 실시예에 따르면, 편광-의존 빔-분리기(1041)는, 광학 신호 E₁₁이 편광-의존 빔-분리기(1041)의 구성에 따라 o-광선으로서 나타날 수 있도록 서브-결합기(1001)에 관해 구성될 수 있다.

광학 신호 수신을 위해, 도 10c의 광학 신호 E₁₃과 동일하지만 반대 방향인 광학 경로를 따라 전파되는 타겟으로부터의 인입 광학 신호는, 도 10d에 나타낸 인입 광학 신호들 E₂₀ 및 E₃₀의 편광과 동일한 편광들을 갖는 2개의 인입 광학 신호 성분들 중 어느 하나 또는 양쪽 모두를 포함할 수 있고, 여기서, 광학 신호 E₂₀은 광학 신호 E₁₃의 편광과 동일한 방향을 따라 선형 편광되고 광학 신호 E₃₀은 광학 신호 E₂₀의 편광에 직교하는 방향을 따라 선형 편광된다. 예를 들어, 도 10d에 도시된 바와 같이, E₂₀은 y 방향을 따라 선형 편광되고 E₃₀은 x 방향을 따라 선형 편광된다.

도 10d 및 도 10f를 참조하면, 인입 광학 신호 E₂₀은 편광-의존 빔-분리기(1041)를 통과하여 도 10c의 E₁₂와 동일한 편광을 갖는(즉, y 방향을 따라 선형 편광된) 광학 신호 E₂₁을 야기할 수 있고, 여기서 광학 신호 E₂₁은 편광-의존 빔-분리기(1041)에 관해 o-광선으로서 나타날 수 있다. 광 전파 상호성의 관점에서, 편광 회전기(1052)는 E₂₁의 편광을 소정 각도(예컨대, 45도)만큼 회전시켜 도 10c의 광학 신호 E₁₁의 편광과 동일한 방향을 따라 선형 편광된 광학 신호 E₂₂를 야기할 수 있다. 그러나, 광학 신호 E₂₂의 전파 방향이 광학 신호 E₁₁의 전파 방향과 반대이기 때문에, 광 전파 상호성을 깨는 Faraday 회전기(1051)는, 광학 신호 E₂₂의 편광을, 소정 각도(예컨대, 45도)만큼 회전시켜, 광학 신호 E₁₀의 편광에 직교하는 선형 편광을 갖는(즉, y 방향을 따른) 광학 신호 E₂₃을 야기할 수 있다. 그 다음, 광학 신호 E₂₃은 서브-결합기(1001)에 의해 내결합되어, 도 10b에 나타낸 바와 같이 도파관(922)으로 지향되는 내결합된 광학 신호(E₂)를 야기할 수 있다.

도 10d 및 도 10f를 참조하면, 광학 신호 E₃₀은 E₂₀의 편광에 직교하는 방향을 따라 선형 편광되기 때문에, 편광-의존 빔-분리기(1041)를 통해, 광학 신호 E₃₀은, 광학 신호 E₂₁의 광학 경로와 공간적으로 구별되는 광학 경로를 따라 전파하고 E₂₁의 편광과 직교하는 편광으로 편광되는 광학 신호 E₃₁을 야기할 수 있다. 도 10d의 실시예에 따르면, 인입 광학 신호 E₃₁은 x 방향을 따라 선형 편광되고, 광학 신호 E₂₁과 동일한 방향이되 음의 x 방향을 향해 측방향으로 변위된 광학 경로를 따라 전파된다. 도 10d에 나타낸 바와 같이, 광학 신호 E₃₁은 편광-의존 빔-분리기(1041)에 관해 e-광선으로서 나타날 수 있다. 그 다음, 편광 회전기(1052)는 E₃₁의 편광을 소정 각도(예컨대, 45도)만큼 회전시켜 광학 신호 E₂₂의 편광에 직교하는 방향을 따라 선형 편광되는 광학 신호 E₃₂를 야기할 수 있다. Faraday 회전기(1051)는 광학 신호 E₃₂의 편광을 소정 각도(예컨대, 45도)만큼 회전시켜 광학 신호 E₂₃의 편광에 직교하는 선형 편광을 갖는(즉, x 방향을 따른) 광학 신호 E₃₃을 야기할 수 있다. 그 다음, 광학 신호(E₃₃)는 서브-결합기(1002)에 의해 내결합되어, 도 10b에 나타낸 바와 같이 도파관(933)으로 지향되는 내결합된 광학 신호(E₃)를 야기할 수 있다.

전술된 일부 실시예에 따르면, 선택사항적인 편광 회전기(1052)는 E₁₁과 동일한 편광을 갖는 광학 신호가 타겟 조명에 이용될 수 있도록 생략될 수 있다. 따라서, 도 10c의 광학 신호 E₁₁과 동일하지만 반대 방향인 광학 경로를 따라 전파되는 타겟으로부터의 인입 광학 신호는, 도 10d에 나타낸 광학 신호들 E₂₂ 및 E₃₂의 편광과 동일한 편광들을 갖는 2개의 인입 광학 신호 성분들 중 어느 하나 또는 양쪽 모두를 포함할 수 있고, 여기서, 광학 신호 E₂₂는 광학 신호 E₁₁의 편광과 동일한 방향을 따라 선형 편광되고 광학 신호 E₃₂는 광학 신호 E₂₂의 편광에 직교하는 방향을 따라 선형 편광된다. 이러한 상황에서, 광학 신호 E₁₁의 편광 방향에 따라 구성된 편광-의존 빔-분리기(1041)는, 광학 신호 E₁₁과의 광학 경로와 동일하지만 반대 방향인 광학 신호 E₂₂에 대한 광학 경로를 야기할 수 있는 반면, 광학 신호 E₃₂는 편광 회전기(1052)가 있는 상황과는 상이하게 변위된 또 다른 공간적으로 구별되는 광학 경로를 따라 전파할 수 있다. 예를 들어, 인입 광학 신호(E₃₂)는 이제, 광학 신호(E₂₂)와 동일한 방향이지만 도 10d에서와 같이 더 이상 음의 x 방향이 아닌 x-y 평면 상의 한 방향을 향해 측방향으로 변위된 광학 경로를 따라 전파될 수 있다. 측방향 변위의 상이한 방향을 보상하기 위해, 서브-결합기(1002)의 위치가 그에 따라 기판 표면에서 조정될 필요가 있을 수 있다.

일부 실시예에 따르면, 편광 변환-분리 구성(1010)의 컴포넌트들은 도 10c에 도시된 바와 같이 별개의 컴포넌트들로서 나타날 수 있다. 다른 실시예들에 따르면, 편광 변환-분리 구성(1010)의 일부 또는 모든 컴포넌트들은 단일의 결합된 컴포넌트로서 나타날 수 있다. 추가로, 일부 실시예에 따르면, 편광 변환-분리 구성(1010)은, 도 10c에 나타낸 바와 같이 편광-다양화된 자유 공간-도파관 결합기(1000)를 포함하는 PIC 칩과는 별개인 광학 어셈블리일 수 있다. 다른 실시예들에 따르면, 편광 변환-분리 구성(1010)의 일부 또는 모든 컴포넌트들은 결합기(1000)를 포함하는 PIC 칩의 표면에 부착될 수 있다. 추가 실시예들에 따르면, 편광 변환-분리 구성(1010)의 일부 또는 모든 컴포넌트들은 결합기(1000)를 포함하는 PIC 칩 내에 있거나 그 일부일 수 있다.

도 10b, 도 10c, 및 도 10d에서, 예시의 목적을 위해, 광학 신호들은, z 방향을 따라 전파하고 결합기(1000), 편광-의존 빔-분리기(1041), Faraday 회전기(1051), 및 편광 회전기(1052)에 수직 입사되는 것으로 도시되어 있다. 일반적으로, 광학 신호들의 전파 방향들은 이들 컴포넌트들에 관해 수직 입사이거나 수직 입사 이외의 입사 각도들일 수 있다.

도 11a는 본 개시내용의 또 다른 실시예에 따른 3-도파관 편광-다양화된 자유 공간-도파관 결합기(1100)의 사시도를 도시한다. 3-도파관 편광-다양화된 자유 공간-도파관 결합기(1100)(간소화를 위해 여기서는 결합기(1100)라고 지칭함)는, 도 11a에서 파선으로 표시된 바와 같이, 3개의 서브-결합기(1101, 1102 및 1103)를 포함한다. 일부 실시예에 따르면, 서브-결합기들(1101, 1102, 및 1103) 각각은, 단일 도파관에 결합된, 격자 결합기를 포함한 그러나 이것으로 제한되지 않는, 자유 공간-도파관 결합기에 의해 실현될 수 있다. 다른 실시예들에 따르면, 서브-결합기들(1102 및 1103) 각각은, 편광-독립 자유 공간-도파관 결합기에 의해 실현될 수 있다.

도 11a를 참조하면, 도파관(921)은 외결합 도파관으로서 서브-결합기(1101)에 접속되고, 도파관(922)은 제1 내결합 도파관으로서 서브-결합기(1102)에 접속되며, 도파관(933)은 제2 내결합 도파관으로서 서브-결합기(1103)에 접속된다. 여기서, 도 11a의 도파관들(921, 922, 및 933)은 도 9의 코히어런트 감지 유닛(900)의 도파관들(921, 922, 및 933)과 동일하다.

도 11a에 도시된 바와 같이, 서브-결합기(1101)의 한 주요 기능은 타겟 조명을 위한 광학 신호를 외결합하기 위한 전송기로서 작용하는 것이다. 도파관(921) 내의 광학 신호 E₁은 서브-결합기(1101)에 의해 송출 광학 신호 E₀₁로서 자유 공간 내에 외결합된다. 송출 광학 신호 E₀₁은 서브-결합기(1101)의 설계에 따라 편광된다. 예를 들어, 광학 신호 E₀₁은 도 11a에 나타낸 바와 같이 x 방향을 따라 선형 편광된다.

도 11a에 도시된 바와 같이, 서브-결합기(1102)의 한 주요 기능은, 인입 광학 신호를 도 9의 코히어런트 감지 유닛(900) 내에 내결합하는 수신기로서 작용하는 것이며, 여기서, 인입 광학 신호의 편광 상태는 송출 광학 신호의 편광에 직교한다. 도 11a를 참조하여, 송출 광학 신호 E₀₁에 직교하는 편광을 갖는 인입 광학 신호 E₂₄는 서브-결합기(1102)에 의해 내결합되어 도파관(922)에서 내결합된 광학 신호 E₂를 야기할 수 있다. 서브-결합기(1102)에 의해 최적으로 내결합되는 인입 광학 신호 E₂₄의 편광은 서브-결합기(1102)의 설계에 따라 결정된다. 한 예로서, 최적으로 내결합된 광학 신호 E₂₄는 도 11a에 나타낸 바와 같이 y 방향을 따라 선형 편광된다.

도 11a에 도시된 바와 같이, 서브-결합기(1103)의 한 주요 기능은, 인입 광학 신호를 도 9의 코히어런트 감지 유닛(900) 내에 내결합하는 수신기로서 작용하는 것이며, 여기서, 인입 광학 신호의 편광 상태는 서브-결합기(1102)에 의해 도파관(922) 내에 결합된 인입 광학 신호의 편광에 직교한다. 도 11a를 참조하여, 광학 신호 E₂₄에 직교하는 편광을 갖는 인입 광학 신호 E₃₄는 서브-결합기(1103)에 의해 내결합되어 도파관(933)에서 내결합된 광학 신호 E₃을 야기할 수 있다. 서브-결합기(1103)에 의해 최적으로 내결합되는 인입 광학 신호 E₃₄의 편광은 서브-결합기(1103)의 설계에 따라 결정된다. 예를 들어, 최적으로 내결합된 광학 신호 E₃₄는, 도 11a에 나타낸 바와 같이, x 방향을 따라 선형 편광된다.

도 11b는, 본 개시내용의 또 다른 실시예에 따른, 광학 신호들을 외결합하기 위한 3-도파관 편광-다양화된 자유 공간-도파관 결합기(1100)와 함께 이용하기 위한 편광 변환-분리 구성(1110)의 측면도를 도시한다. 도 11c는 광학 신호들을 내결합하기 위해 이용되는 도 11b에 나타낸 구성(1110)의 측면도를 도시한다. 도 11b 및 11c에 도시된 바와 같이, 구성(1110)은 결합기(1100)에 도달하는 인입 광학 신호들 E₂₄ 및 E₃₄ 및 결합기(1100)에 의해 방출되는 송출 광학 신호 E₀₁이 공통 광학 경로를 따라 전파할 수 있게 하며, 여기서, 공통 광학 경로는 구성(1110)과 타겟 사이에 놓여 있다. 편광 변환-분리 구성(1110)은, 도 11b 및 도 11c에 나타낸 바와 같이, Faraday 회전기(1151), 선택사항적인 편광 회전기(1152), 및 편광-의존 빔-분리기들(1141 및 1142)을 포함한다. 예시의 목적을 위해, 도 11d는 도 11b의 광학 신호들의 편광 상태들의 평면도를 도시한다. 유사하게, 도 11e는 도 11c의 광학 신호들의 편광 상태들의 평면도를 도시한다.

도 11b 및 도 11c의 편광 변환-분리 구성(1110)은 도 10c 및 도 10d의 편광 변환-분리 구성(1010)과 유사하다. 구성(1110)과 구성(1010) 사이의 주요 차이점은, 도 11b 및 도 11c에 도시된 구성(1110)은 Faraday 회전기(1151)와 편광-다양화된 자유 공간-도파관 결합기(1100) 사이에 배치된 추가적인 편광-의존 빔-분리기(1142)를 갖는다는 것이다. 더 구체적으로, 도 11b 및 도 11c의 컴포넌트(1141)는 도 10c 및 도 10d의 편광-의존 빔-분리기(1041)와 유사한 편광-의존 빔-분리기이다. 도 11b 및 도 11c의 컴포넌트(1152)는 도 10c 및 도 10d의 편광 회전기(1052)와 유사한 선택사항적인 편광 회전기이다. 도 11b 및 도 11c의 컴포넌트(1151)는 도 10c 및 도 10d의 Faraday 회전기(1051)와 유사한 Faraday 회전기이다.

도 11a 및 도 11b를 참조하면, 결합기(1100)의 서브-결합기(1101)는 송출 광학 신호 E₀₁을 자유 공간 내에 출력할 수 있다. 일부 실시예에 따르면, 구성(1110)의 추가적인 편광-의존 빔-분리기(1142)는, 광학 신호 E₀₁이 x-y 평면에서 측방향으로 변위되어 광학 신호 E₀₁과 동일한 편광을 갖는 광학 신호 E10을 생성하도록 하는 방식으로 구성될 수 있고, 여기서, 광학 신호 E₀₁은 편광-의존 빔-분리기(1142)에 관해 e-광선으로서 나타날 수 있다. 도 11b에 도시된 바와 같이, 광학 신호 E₀₁은 x 방향을 따라 선형 편광되고 송출 광학 신호는 양의 x 방향을 향해 변위된다. 도 10c의 편광 변환-분리 구성(1010)과 유사하게, 편광 변환-분리 구성(1110)의 Faraday 회전기(1151), 편광 회전기(1152) 및 편광-의존 빔-분리기(1141)는 도 11b의 광학 신호 E₁₀을 변환하여 광학 신호 E₁₃을 야기할 수 있다. 도 11b에 도시된 바와 같이, 광학 신호 E₁₃은 광학 신호 E₀₁의 방향과 직교하는 방향(즉, y 방향)을 따라 선형 편광된다.

광학 신호 수신을 위해, 도 11b의 광학 신호 E₁₃과 동일하지만 반대 방향인 광학 경로를 따라 전파되는 타겟으로부터의 인입 광학 신호는, 도 11c에 나타낸 인입 광학 신호들 E₂₀ 및 E₃₀의 편광과 동일한 편광들을 갖는 2개의 인입 광학 신호 성분들 중 어느 하나 또는 양쪽 모두를 포함할 수 있고, 여기서, 광학 신호 E₂₀은 광학 신호 E₁₃의 편광과 동일한 방향을 따라 선형 편광되고 광학 신호 E₃₀은 광학 신호 E₂₀의 편광에 직교하는 방향을 따라 선형 편광된다. 예를 들어, 도 11c에 도시된 바와 같이, E₂₀은 y 방향을 따라 선형 편광되고 E₃₀은 x 방향을 따라 선형 편광된다. 편광 변환-분리 구성(1010)과 유사하게, 편광 변환-분리 구성(1110)의 편광-의존 빔-분리기(1141), 편광 회전기(1152) 및 Faraday 회전기(1151)는 도 11c의 광학 신호 E₂₀을 변환하여 도 11b의 광학 신호 E10의 편광에 직교하는 편광을 갖는 광학 신호 E₂₃을 야기할 수 있다. 도 11b 및 도 11c에 도시된 바와 같이, 구성(1110)의 추가적인 편광-의존 빔-분리기(1142)는, 광학 신호 E₂₃이 도 11b의 광학 신호 E₀₁의 편광에 직교하는 편광을 갖고 서브-결합기(1102)에 도달하는 광학 경로를 따라 전파되는 광학 신호 E₂₄를 야기할 수 있는 방식으로 구성된다. 즉, 광학 신호 E₂₄는 편광-의존 빔-분리기(1142)에 관해 o-광선으로서 나타날 수 있다. 그 다음, 광학 신호 E₂₄는 서브-결합기(1102)에 의해 내결합되어, 도 11a에 나타낸 바와 같이 도파관(922)으로 지향되는 내결합된 광학 신호 E₂를 야기할 수 있다.

유사하게, 편광 변환-분리 구성(1110)의 편광-의존 빔-분리기(1141), 편광 회전기(1152), 및 Faraday 회전기(1151)는 도 11c의 광학 신호 E₃₀을 변환하여 도 11c의 광학 신호 E₂₃의 편광에 직교하는 편광을 갖는 광학 신호 E₃₃을 야기할 수 있다. 추가적인 편광-의존 빔-분리기(1142)의 구성으로 인해, 광학 신호 E₃₃은 x-y 평면에서 측방향으로 변위되어 광학 신호 E₁₀을 야기하는 광학 신호 E₀₁과 동일하지만 반대 방향의 광학 신호 E₂₄의 편광과 직교하는 편광을 갖는 광학 신호 E₃₄를 야기할 수 있다. 도 11c에 도시된 바와 같이, 광학 신호 E₃₃은 x 방향을 따라 선형 편광되고 음의 x 방향을 향하여 변위되어 역시 x 방향을 따라 선형 편광된 광학 신호 E₃₄를 야기한다. 광학 신호 E₀₁과 유사하게, 광학 신호 E₃₃은 편광-의존 빔-분리기(1142)에 관해 e-광선으로서 나타날 수 있다. 그 다음, 광학 신호 E₃₄는 서브-결합기(1103)에 의해 내결합되어, 도 11a에 나타낸 바와 같이 도파관(933)으로 지향되는 내결합된 광학 신호 E₃을 야기할 수 있다.

일부 실시예에 따르면, 광학 신호 E₁₁과 동일한 편광 상태를 갖는 송출 광학 신호가 타겟 조명에 이용될 수 있도록, 편광 변환-분리 구성(1110)의 선택사항적인 편광 회전기(1152)는 생략될 수 있다. 편광 변환-분리 구성(1010)으로부터 선택사항적인 편광 회전기(1052)의 생략과 유사하게, 편광-분리 구성(1110)에서의 편광 회전기(1152)의 생략은, 광학 신호 E₁₁의 편광 방향에 따라, 편광-의존 빔-분리기(1141)의 광학 축을 배향하는 등에 의해, 편광-의존 빔-분리기(1141)가 재구성될 것을 요구할 수 있다. 서브-결합기들(1102 및 1103)의 위치들 중 어느 하나 또는 양쪽 모두는 또한, 편광-의존 빔-분리기(1141)의 광학 축의 상이한 배향을 보상하기 위해 그에 따라 기판 표면 상에서 조정될 필요가 있을 수 있다.

편광 변환-분리 구성(1010)과 유사하게, 일부 실시예에 따르면, 편광 변환-분리 구성(1110)의 컴포넌트들은 도 11b에 나타낸 바와 같이 별개의 컴포넌트들로서 나타날 수 있다. 다른 실시예들에 따르면, 편광 변환-분리 구성(1110)의 일부 또는 모든 컴포넌트들은 단일의 결합된 컴포넌트로서 나타날 수 있다. 추가로, 일부 실시예에 따르면, 편광 변환-분리 구성(1110)은, 도 11b에 나타낸 바와 같이 편광-다양화된 자유 공간-도파관 결합기(1100)를 포함하는 PIC 칩과는 별개인 광학 어셈블리일 수 있다. 다른 실시예들에 따르면, 편광 변환-분리 구성(1110)의 일부 또는 모든 컴포넌트들은 결합기(1100)를 포함하는 PIC 칩의 표면에 부착될 수 있다. 추가 실시예들에 따르면, 편광 변환-분리 구성(1110)의 일부 또는 모든 컴포넌트들은 결합기(1100)를 포함하는 PIC 칩 내에 있거나 그 일부일 수 있다.

도 11a, 도 11b, 및 도 11c에서, 예시의 목적을 위해, 광학 신호들은, z 방향을 따라 전파하고 결합기(1100), 편광-의존 빔-분리기들(1141 및 1142), Faraday 회전기(1151), 및 편광 회전기(1152)에 수직 입사되는 것으로 도시되어 있다. 일반적으로, 광학 신호들의 전파 방향들은 이들 컴포넌트들에 관해 수직 입사이거나 수직 입사 이외의 입사 각도들일 수 있다.

도 12a는, 본 개시내용의 추가 실시예에 따른, 광학 신호들을 외결합하기 위한 3-도파관 편광-다양화된 자유 공간-도파관 결합기(1100)와 함께 이용하기 위한 편광 변환-분리 구성(1210)의 측면도를 도시한다. 도 12b는 광학 신호들을 내결합하기 위해 이용되는 도 12a에 나타낸 구성(1210)의 측면도를 도시한다. 구성(1210)은 결합기(1100)에 도달하는 인입 광학 신호들 E₂₄ 및 E₃₄ 및 결합기(1100)에 의해 방출되는 송출 광학 신호 E₀₁이 공통 광학 경로를 따라 전파할 수 있게 하며, 여기서, 공통 광학 경로는 구성(1210)과 타겟 사이에 놓여 있다. 도 12a 및 도 12b에 도시된 바와 같이, 편광 변환-분리 구성(1210)은, Faraday 회전기(1251), 선택사항적인 편광 회전기(1252), 편광-의존 빔-분리기(1241 및 1242), 및 선택사항적인 1/4 파장판(1261)을 포함한다. 예시의 목적을 위해, 도 12c는 도 12a의 광학 신호들의 편광 상태들의 평면도를 도시한다. 유사하게, 도 12d는 도 12b의 광학 신호들의 편광 상태들의 평면도를 도시한다.

도 12a 및 도 12b의 편광 변환-분리 구성(1210)은, 도 11b 및 도 11c의 편광 변환-분리 구성(1110)의 수정된 실시예이다. 구성(1110)으로부터의 구성(1210)의 주요 수정사항들은 다음을 포함한다: (1) 구성(1210)의 편광 회전기(1252)는, 존재하는 경우, 구성(1110)의 편광 회전기(1152)에 의해 이루어지는 회전 방향과는 반대 방향으로 편광 회전을 일으키는 방식으로 구성된다; (2) 구성(1210)의 편광-의존 빔-분리기(1241)는, 예를 들어, 만일 있다면, 선택사항적인 편광 회전기(1252)가 존재하는 경우 편광-의존 빔-분리기(1242)에 의해 이루어지는 측방향 변위와는 반대 방향으로 측방향 변위를 일으키는 방식으로 광학 축(1241)을 배향함으로써 구성된다; 및 (3) 구성(1210)은 편광-의존 빔-분리기(1241)와 타겟 사이에 배치되는 추가적인 1/4 파장판(1261)을 포함한다. 따라서, 구성(1210)의 편광-의존 빔-분리기(1242)는 구성(1110)의 편광-의존 빔-분리기(1142)와 유사하고, 구성(1210)의 Faraday 회전기(1251)는 구성(1110)의 Faraday 회전기(1151)와 유사하다.

한편으로, 도 12b를 참조하면, 전술된 구성(1210)의 수정사항들 (1) 및 (2)는, 도 11c에 나타낸 구성(1110)에서의 대응하는 광학 경로들에 비해, 광학 신호들 E₂₀, E₂₁, E₂₂, E₂₃ 및 E₂₄에 대한 광학 경로가 광학 신호들 E₃₀, E₃₁, E₃₂, E₃₃ 및 E₃₄에 대한 광학 경로의 경로 길이와 유사한 경로 길이를 갖게 할 수 있다. 따라서, 수정사항들 (1) 및 (2)는 서브-결합기들(1102 및 1103)에 각각 도달하는 광학 신호들 E₂₄와 E₃₄ 사이의 위상 차이를 최소화하는 이점을 가질 수 있다. 도 12a를 참조하면, 전술된 수정사항들 (1) 및 (2)는 또한, 선택사항적인 편광 회전기(1252)가 존재하는 경우, 서브-결합기(1101)의 표면 상의 광학 신호 E₀₁의 방출 위치 및 방향과 유사한 편광-의존 빔-분리기(1241)의 표면 상의 위치 및 방향에서 광학 신호 E₁₃이 방출되게 할 수 있다. 따라서, 수정사항들 (1) 및 (2)는 결합기(1100)의 서브-결합기(1101)로부터의 송출 광학 신호를 이용함으로써 결합기(1100)를 갖는 편광 변환-분리 구성(1210)의 설치를 위한 간소화된 광학적 정렬을 가능케하는 또 다른 이점을 가질 수 있다.

한편, 도 12a 및 도 12c를 참조하면, 전술된 수정사항 (3)은 타겟 조명을 위해 원형-편광된 광학 신호 E_1C의 이용을 가능케할 수 있다. 더 구체적으로, 1/4 파장판(1261)은 선형 편광된 광학 신호 E₁₃을 변환하여 타겟 조명을 위한 원형 편광된 광학 신호 E_1C를 야기할 수 있다. 도 12a 및 도 12c에 도시된 바와 같이, 광학 신호 E₁₃은 x 방향을 따라 선형 편광되고 광학 신호 E_1C는 그 전파 방향에 관해 우측 원형 편광된다. 광학 신호 수신을 위해, 타겟으로부터의 인입 광학 신호는 임의의 2개의 직교 편광에 따라 분해될 수 있다. 도 12b 및 도 12d에 도시된 바와 같이, 음의 z 방향을 향해 전파되는, 타겟으로부터의 인입 광학 신호는, 2개의 편광 성분 E_2C 및 E_3C 중 하나 또는 양쪽 모두를 포함할 수 있으며, 여기서, 이들 중 하나는, 그들의 전파 방향에 관해, 우측 원형 편광이고, 이들 중 다른 하나는 좌측 원형 편광이다. 도 12b 및 도 12d에 나타낸 바와 같이, 음의 z 방향에 대해 E_2C는 우측 원형 편광이고 E_3C는 좌측 원형 편광이다. 도 12b에 도시된 바와 같이, 1/4 파장판(1261)은 광학 신호 E_2C를 변환하여 선형 편광된 광학 신호 E₂₀을 야기하고, 광학 신호 E_3C를 변환하여 E₂₀에 직교하는 편광을 갖는 광학 신호 E₃₀을 야기할 수 있다. 도 12b 및 도 12d에 나타낸 바와 같이, E₂₀은 x 방향을 따라 선형 편광되고 E₃₀은 y 방향을 따라 선형 편광된다. 일부 양태에서, 수정사항 (3)에 의해 가능케되는 타겟 조명에 대해 선형 편광된 광학 신호 대신 원형 편광된 광학 신호를 이용하는 것은, 타겟 또는 타겟 표면의 소정의 속성들로 인한 상당한 신호 손실의 가능성을 최소화하는 이점을 가질 수 있다. 이러한 상당한 신호 손실은, 타겟 표면이 선형 편광된 조명 광학 신호에 우연히 직교하는 선형 편광을 갖는 광을 우선적으로 반사하는 경우 등의 그러나 이것으로 제한되지 않는 상황에서 발생할 수 있다. 원형 편광된 조명 광학 신호는, 이러한 상황에서 반사된 광학 신호의 소실을 피할 수 있는 한 쌍의 직교 선형 편광된 성분들을 항상 포함한다.

일부 실시예에 따르면, 편광 변환-분리 구성(1210)의 선택사항적인 편광 회전기(1252)는 생략될 수 있다. 편광 변환-분리 구성(1110)으로부터 선택사항적인 편광 회전기(1152)의 생략과 유사하게, 편광 변환-분리 구성(1210)에서의 편광 회전기(1252)의 생략은, 광학 신호 E₁₁의 편광 방향에 따라, 편광-의존 빔-분리기(1241) 및 1/4 파장판(1261)의 광학 축들을 배향하는 등에 의해, 편광-의존 빔-분리기(1241) 및 1/4 파장판(1261)이 재구성될 것을 요구할 수 있다. 서브-결합기들(1102 및 1103)의 위치들 중 어느 하나 또는 양쪽 모두는 또한, 편광-의존 빔-분리기(1241) 및 1/4 파장판(1261)의 광학 축들의 상이한 배향들을 보상하기 위해 그에 따라 기판 표면 상에서 조정될 필요가 있을 수 있다.

편광 변환-분리 구성(1110)과 유사하게, 일부 실시예에 따르면, 편광 변환-분리 구성(1210)의 컴포넌트들은 도 12a에 나타낸 바와 같이 별개의 컴포넌트들로서 나타날 수 있다. 다른 실시예들에 따르면, 편광 변환-분리 구성(1210)의 일부 또는 모든 컴포넌트들은 단일의 결합된 컴포넌트로서 나타날 수 있다. 추가로, 일부 실시예에 따르면, 편광 변환-분리 구성(1210)은, 도 12a에 나타낸 바와 같이 편광-다양화된 자유 공간-도파관 결합기(1100)를 포함하는 PIC 칩과는 별개인 광학 어셈블리일 수 있다. 다른 실시예들에 따르면, 편광 변환-분리 구성(1210)의 일부 또는 모든 컴포넌트들은 결합기(1100)를 포함하는 PIC 칩의 표면에 부착될 수 있다. 추가 실시예들에 따르면, 편광 변환-분리 구성(1210)의 일부 또는 모든 컴포넌트들은 결합기(1100)를 포함하는 PIC 칩 내에 있거나 그 일부일 수 있다.

도 12a 및 도 12b에서, 예시의 목적을 위해, 광학 신호들은, z 방향을 따라 전파하고 결합기(1100), 편광-의존 빔-분리기들(1241 및 1242), Faraday 회전기(1251), 편광 회전기(1252) 및 1/4 파장판(1261)에 수직 입사되는 것으로 도시되어 있다. 일반적으로, 광학 신호들의 전파 방향들은 이들 컴포넌트들에 관해 수직 입사이거나 수직 입사 이외의 입사 각도들일 수 있다.

도 13a는 본 개시내용의 추가 실시예에 따른 3-도파관 편광-다양화된 자유 공간-도파관 결합기(1300)의 평면도를 도시한다. 도 13b는 도 13a에 나타낸 결합기(1300)의 사시도를 도시한다. 또한, 도 13b는, 서브-결합기들(1301, 1302, 1303)과 각각 결합하는, 편광된 송출 및 인입 광학 신호들 E₀₁, E₂₄, 및 E₃₄를 도시한다. 3-도파관 편광-다양화된 자유 공간-도파관 결합기(1300)(간소화를 위해 여기서는 결합기(1300)라고 지칭함)는, 도 13a 및 도 13b에서 파선으로 표시된 바와 같이, 3개의 서브-결합기(1301, 1302 및 1303)를 포함한다. 일부 실시예에 따르면, 서브-결합기들(1301, 1302, 및 1303) 각각은, 단일 도파관에 결합된, 격자 결합기를 포함한 그러나 이것으로 제한되지 않는, 자유 공간-도파관 결합기에 의해 실현될 수 있다. 다른 실시예들에 따르면, 서브-결합기들(1302 및 1303) 각각은, 편광-독립 자유 공간-도파관 결합기에 의해 실현될 수 있다. 결합기(1300)는 도 11a에 나타낸 결합기(1100)의 수정된 실시예이다. 도 13a 및 도 13b의 결합기(1300)의 서브-결합기(1301)는 도 11a의 결합기(1100)의 서브-결합기(1101)와 유사하다. 도 13a 및 도 13b의 결합기(1300)의 서브-결합기(1302)는 도 11a의 결합기(1100)의 서브-결합기(1102)와 유사하다. 도 13a 및 도 13b의 결합기(1300)의 서브-결합기(1303)는 도 11a의 결합기(1100)의 서브-결합기(1103)와 유사하다. 결합기(1300)와 결합기(1100)를 비교하면, 결합기(1300)의 서브-결합기의 공간적 배열은 도 9의 코히어런트 감지 유닛(900)의 일부 실시예에 유리할 수 있다(예컨대, 더 콤팩트함).

도 13c는, 본 개시내용의 역시 추가적인 실시예에 따른, 광학 신호들을 외결합하기 위한 3-도파관 편광-다양화된 자유 공간-도파관 결합기(1300)와 함께 이용하기 위한 편광 변환-분리 구성(1310)의 측면도를 도시한다. 도 13d는 도 13c에 나타낸 구성(1310)의 또 다른 측면도를 도시한다. 도 13e는 광학 신호들을 내결합하기 위해 이용되는 도 13c에 나타낸 구성(1310)의 측면도를 도시한다. 도 13f는 도 13e에 나타낸 구성(1310)의 또 다른 측면도를 도시한다. 도 13c 및 도 13e에 도시된 바와 같이, 구성(1310)은 결합기(1300)에 도달하는 인입 광학 신호들 E₂₄ 및 E₃₄ 및 결합기(1300)에 의해 방출되는 송출 광학 신호 E₀₁이 공통 광학 경로를 따라 전파할 수 있게 하며, 여기서, 공통 광학 경로는 구성(1310)과 타겟 사이에 놓여 있다.

예시의 목적을 위해, 도 13g는 도 13c 및 도 13d의 광학 신호들의 x-y 평면 상의 경로 위치들 및 편광 상태들의 평면도를 도시한다. 또한 도 13g에는 도 13g의 광학 신호들의 경로 위치들에 대한 기준으로서 x-y 평면 상의 서브-결합기들(1301, 1302, 1303)의 위치들을 나타내는 결합기(1300)의 평면도를 보여주는 삽입도가 도시되어 있다. 유사하게, 도 13h는 도 13e 및 도 13f의 광학 신호들의 x-y 평면 상의 경로 위치들 및 편광 상태들의 평면도를 도시한다. 도 13h의 x-y 평면 상의 경로 위치들은 도 13g의 삽입도에 표시된 서브-결합기들(1301, 1302, 1303)의 위치들을 참조할 수 있다.

도 13c, 도 13d, 도 13e 및 도 13f에 따르면, 편광 변환-분리 구성(1310)은, Faraday 회전기(1351), 선택사항적인 편광 회전기(1352), 편광-의존 빔-분리기들(1341 및 1342), 및 선택사항적인 1/4 파장판(1361)을 포함한다.

도 13c, 도 13d, 도 13e, 및 도 13f에 도시된 편광 변환-분리 구성(1310)은, 도 11b 및 도 11c의 편광 변환-분리 구성(1110)의 수정된 실시예이다. 구성(1110)으로부터의 구성(1310)의 주요 수정사항들은 다음을 포함한다: (1) 구성(1310)의 편광-의존 빔-분리기(1341)는, 선택사항적인 편광 회전기(1352)가 존재하는 경우에 편광-의존 빔-분리기(1342)에 의해 발생되는 측방향 변위에 수직인 x-y 평면 상의 방향으로, 있다면, 측방향 변위를 일으키는 방식으로 편광-의존 빔-분리기(1341)의 광학 축을 배향시키는 등에 의해 그러나 이것으로 제한되지 않고 구성된다; (2) 구성(1310)은 편광-의존 빔-분리기(1341)와 타겟 사이에 배치된 추가적인 1/4 파장판(1361)을 포함한다. 따라서, 구성(1310)의 편광-의존 빔-분리기(1342)는 구성(1110)의 편광-의존 빔-분리기(1142)와 유사하고, 구성(1310)의 Faraday 회전기(1351)는 구성(1110)의 Faraday 회전기(1151)와 유사하며, 구성(1310)의 편광 회전기(1352)는 구성(1110)의 편광 회전기(1152)와 유사하다.

더 구체적으로, 편광 변환-분리 구성(1310)에서, 편광-의존 빔-분리기(1342)는, 있다면, 도 13c 및 도 13e에 도시된 바와 같이 x 방향을 따른 측방향 변위를 일으키는 반면, 편광-의존 빔-분리기(1341)는, 있다면, 도 13d 및 도 13f에 도시된 바와 같이 y 방향을 따른 측방향 변위를 일으킨다. 이것은 편광 변환-분리 구성들(1110 및 1210)과는 대조적이며, 여기서, 어느 구성에서든 편광-의존 빔-분리기들은, 있다면, x 방향을 따른 측방향 변위를 일으킨다.

도 12a 및 도 12b의 편광 변환-분리 구성(1210)과 유사하게, 도 13e 및 도 13f를 참조하면, 전술된 구성(1310)의 수정사항 (1)은, 도 11c에 나타낸 구성(1110)에서의 대응하는 광학 경로들에 비해, 광학 신호들 E₂₀, E₂₁, E₂₂, E₂₃ 및 E₂₄에 대한 광학 경로가 광학 신호들 E₃₀, E₃₁, E₃₂, E₃₃ 및 E₃₄에 대한 광학 경로의 경로 길이와 유사한 경로 길이를 갖게 할 수 있다. 도 13e 및 도 13f에 나타낸 광학 신호들 E_2C 및 E_3C 각각은, 1/4 파장판(1361)으로부터, 편광-의존 빔-분리기(1341), 편광 회전기(1352), Faraday 회전기(1351) 및 편광-의존 빔-분리기(1342)를 통해 결합기(1300)로 전파될 때, 하나의 측방향 변위를 경험한다. 따라서, 수정사항 (1)은, 서브-결합기들(1302 및 1303)에 각각 도달하는 광학 신호들 E_2c와 E_3c 사이의 위상 차이를 최소화하는 이점을 가질 수 있다.

반면, 도 12a 및 도 12b의 구성(1210)과 유사하게, 도 13c 및 도 13d의 구성(1310)을 참조하여, 전술된 수정사항 (2)는 또한, 타겟 조명에 대해 원형 편광된 광학 신호 E_1C의 이용을 가능케할 수 있다.

일부 실시예에 따르면, 편광 변환-분리 구성(1310)의 선택사항적인 편광 회전기(1352)는 생략될 수 있다. 편광 변환-분리 구성(1210)으로부터 선택사항적인 편광 회전기(1252)의 생략과 유사하게, 편광-분리 구성(1310)에서의 편광 회전기(1352)의 생략은, 광학 신호 E₁₁의 편광 방향에 따라, 예를 들어 편광-의존 빔-분리기(1341) 및 1/4 파장판(1361)의 광학 축들을 배향함으로써, 편광-의존 빔-분리기(1341) 및 1/4 파장판(1361)이 재구성될 것을 요구할 수 있다. 서브-결합기들(1302 및 1303)의 위치들 중 어느 하나 또는 양쪽 모두는 또한, 편광-의존 빔-분리기(1341) 및 1/4 파장판(1361)의 광학 축들의 상이한 배향들을 보상하기 위해 그에 따라 기판 표면 상에서 조정될 필요가 있을 수 있다.

편광 변환-분리 구성(1110)과 유사하게, 일부 실시예에 따르면, 편광 변환-분리 구성(1310)의 컴포넌트들은 도 13c에 나타낸 바와 같이 별개의 컴포넌트들로서 나타날 수 있다. 다른 실시예들에 따르면, 편광 변환-분리 구성(1310)의 일부 또는 모든 컴포넌트들은 단일의 결합된 컴포넌트로서 나타날 수 있다. 추가로, 일부 실시예에 따르면, 편광 변환-분리 구성(1310)은, 도 13c에 나타낸 바와 같이 편광-다양화된 자유 공간-도파관 결합기(1300)를 포함하는 PIC 칩과는 별개인 광학 어셈블리일 수 있다. 다른 실시예들에 따르면, 편광 변환-분리 구성(1310)의 일부 또는 모든 컴포넌트들은 결합기(1300)를 포함하는 PIC 칩의 표면에 부착될 수 있다. 추가 실시예들에 따르면, 편광 변환-분리 구성(1310)의 일부 또는 모든 컴포넌트들은 결합기(1300)를 포함하는 PIC 칩 내에 있거나 그 일부일 수 있다.

도 13b, 도 13c, 도 13d, 도 13e, 및 도 13f에서, 예시의 목적을 위해, 광학 신호들은, z 방향을 따라 전파하고 결합기(1300), 편광-의존 빔-분리기들(1341 및 1342), Faraday 회전기(1351), 편광 회전기(1352) 및 1/4 파장판(1361)에 수직 입사되는 것으로 도시되어 있다. 일반적으로, 광학 신호들의 전파 방향들은 이들 컴포넌트들에 관해 수직 입사이거나 수직 입사 이외의 입사 각도들일 수 있다.

도 1a, 도 7a, 도 7b, 도 8, 및 도 9에 각각 나타낸 코히어런트 감지 유닛들(100, 700, 710, 800 및 900)은, 타겟 조명에 대해 고정된 편광을 갖는 송출 광학 신호들을 야기할 수 있다. 광학 코히어런트 감지의 일부 응용에서, 조명 광학 신호의 편광 상태가 동적으로 조정가능한 것이 바람직할 수 있다.

도 14는, 본 개시내용의 한 실시예에 따른, 전송된 광학 신호들의 편광이 조정가능한, 편광 다양성에 기초하여 광학 신호들을 전송 및 수신하기 위한 코히어런트 감지 유닛(1400)의 평면도를 도시한다. 코히어런트 감지 유닛(1400)은 임의의 편광 상태를 갖는 인입 광학 신호를 검출하는 코히어런트 감지 유닛들(700, 710, 800 및 900)과 유사하다. 코히어런트 감지 유닛(1400)과 코히어런트 감지 유닛(900) 사이의 주요 차이점은, 임의의 편광 상태들을 갖는 내결합된 광학 신호들을 송출 광학 신호들을 운반하는 도파관들과 구별되는 도파관들로 지향시키는 것 외에도, 코히어런트 감지 유닛(1400)이 임의의 편광 상태를 갖는 송출 광학 신호를 외결합하는데 이용될 수 있는 편광-다양화된 자유 공간-도파관 결합기를 포함한다는 점이다.

더 구체적으로, 도 14를 참조하면, 광학 소스 신호들 E_S1 및 E_S2 중 적어도 하나가 코히어런트 감지 유닛(1400)에 공급된다. 광학 소스 신호들 E_S1 및 E_S2는 도파관들(1421 및 1431)을 통해 코히어런트 감지 유닛(1400) 내로 각각 안내된다. 일부 실시예에 따르면, 광학 소스 신호들 E_S1 및 E_S2는 동일한 광원으로부터 나올 수 있다. 이러한 상황에서, E_S1 및 E_S2로부터 발생하는 송출 광학 신호들은 코히어런트하게 결합되어 단일 광학 신호를 형성할 수 있다. 다른 실시예들에 따르면, 광학 소스 신호들 E_S1 및 E_S2는 상이한 광원들로부터 나올 수 있다. 도파관들(1421 및 1431) 중 어느 하나 또는 양쪽 모두는, 도파관들(1421 및 1431) 내의 광학 신호들 사이의 상대적 위상을 조정하는데 이용되는 선택사항적인 위상 이동기에 접속될 수 있다. 한 예로서, 도 14에서, 도파관(1431)은, 위상 이동된 광학 소스 신호 E_S2를 광학 신호 E₄로서 도파관(1432)으로 지향시키는 위상 이동기(1451)에 접속될 수 있다. 일부 실시예에 따르면, 위상 이동기(1451)는, 전기-광학 위상 이동기 또는 열-광학 위상 이동기일 수 있지만 이것으로 제한되는 것은 아니다. 로컬 발진기(LO) E_LO는 도파관(1434)을 통해 코히어런트 감지 유닛(1400)에 공급된다.

도 14에서, 편광-다양화된 자유 공간-도파관 결합기(1401)(여기서는 간소화를 위해 결합기(1401)라고 함)는 도파관들(1421, 1422, 1432, 및 1433)에 접속되는 4-도파관 결합기이다. 결합기(1401)는 전송기 및 수신기 양쪽 모두로서 기능할 수 있다.

전송기로서, 도 14를 참조하면, 결합기(1401)는, 도파관(1421)으로부터의 광학 신호 E₁(광학 소스 신호 E_S1과 본질적으로 동일함) 및 도파관(1432)으로부터의 광학 신호 E₄를, 광학 코히어런트 촬상기에 의한 타겟 조명에 이용될 수 있는 하나 이상의 송출 광학 신호로서 자유 공간 내에 결합할 수 있다. 결합기(1401)에 의해 출력되는 송출 광학 신호들은 x-y 평면을 벗어나는 방향으로 전파된다(즉, E_out의 전파 방향은 0이 아닌 z 성분을 가짐). 송출 광학 신호들은 결합기(1401)의 설계에 의해 정의된 편광 상태들로 편광된다. 일부 실시예에 따르면, 광학 신호 E₁로부터 발생하는 송출 광학 신호는 광학 신호 E₄로부터 발생하는 송출 광학 신호에 관해 직교 편광될 수 있다. 광학 신호들 E₁ 및 E₄가 코히어런트한 일부 실시예에 따르면, 송출 광학 신호들은, 결합기(1401)의 설계에 의해 정의된 편광 상태, 및 광학 신호들 E₁ 및 E₄의 진폭들 및 상대적 위상을 갖는 단일 송출 광학 신호(E_out)로서 나타날 수 있다.

수신기로서, 결합기(1401)는 인입 광학 신호(E_in)를 코히어런트 감지 유닛(1400)에 결합할 수 있다. 결합기(1401)에 의해 결합된 인입 광학 신호(E_in)는, 인입 광학 신호(E_in)의 편광 상태에 따라, 도파관들(1422 및 1433) 중 하나 또는 양쪽 모두로 지향될 수 있다. 도파관들(1422 및 1433)에 결합되는 인입 광학 신호(E_in)의 편광 성분들은 결합기(1401)의 설계에 의존한다. 광학 신호 E₁이 0이 아닌 일부 실시예에 따르면, 광학 신호 E₁로부터 발생하는 송출 광학 신호(E_out)의 편광 성분에 직교하는 인입 광학 신호(E_in)의 편광 성분은 내결합된 광학 신호(E₂)로서 도파관(1422)으로 지향될 수 있고, 도파관(1422)으로 지향되는 인입 광학 신호(E_in)의 편광 성분에 직교하는 인입 광학 신호(E_in)의 편광 성분은 내결합된 광학 신호(E₃)로서 도파관(1433)으로 지향될 수 있다. 광학 신호 E₄가 0이 아닌 다른 실시예들에 따르면, 광학 신호 E₄로부터 발생하는 송출 광학 신호(E_out)의 편광 성분에 직교하는 인입 광학 신호(E_in)의 편광 성분은 내결합된 광학 신호(E₃)로서 도파관(1433)으로 지향될 수 있고, 도파관(1433)으로 지향되는 인입 광학 신호(E_in)의 편광 성분에 직교하는 인입 광학 신호(E_in)의 편광 성분은 내결합된 광학 신호(E₂)로서 도파관(1422)으로 지향될 수 있다.

도 14에서, 결합기(1401)가 단일 엔티티로서 도시되어 있지만, 결합기(1401)는 일반적으로 단일 광자 컴포넌트 또는 여러 광자 컴포넌트를 포함할 수 있다. 결합기(1401)의 실시예들이 아래에서 설명될 도 15a, 도 16a, 및 도 17a에 예시되어 있다. 일부 실시예에 따르면, 도 1a 및 도 1b의 결합기(101)와 유사하게, 결합기(1401)는 또한, TE-TM 모드 전환기들, 분할기들, 및 결합기들 중 임의의 것을 포함할 수 있다.

도 14에서, 분할 결합기(1406)는 도파관(1434)으로부터의 LO E_LO를 분할하고 LO의 일부를 LO E_LO,1로서 도파관(1423)으로 지향시키고, LO의 일부를 LO E_{LO, 2}로서 도파관(1435)으로 지향시킨다. 도파관들(1423 및 1435)에 각각 전달되는 LO의 일부는 분할 결합기(1406)의 분할 비율 및 손실에 의존한다. 일부 실시예에 따르면, 분할 결합기(1406)는 50/50 분할 결합기일 수 있다. 다른 실시예들에 따르면, 분할 결합기(1406)는 50/50 이외의 분할 비율을 가질 수 있다.

도 14에서, 컴포넌트(1402)는 도파관(1422)으로부터의 내결합된 광학 신호(E₂)와 도파관(1423)으로부터의 LO E_{LO, 1}을 혼합하고 혼합된 신호를 분할하여 도파관들(1424 및 1425)로 지향시키는 2×2 광학 결합기이다. 일부 실시예에 따르면, 2×2 광학 결합기(1402)는 도 9의 코히어런트 감지 유닛(900)의 2×2 광학 결합기(902)와 유사할 수 있다.

도 14에서, 컴포넌트(1403)는 도파관(1424)으로부터 광학 신호를 수신하고 검출하는 제곱-법칙 광검출기이다. 유사하게, 도 14에서, 컴포넌트(1404)는 도파관(1425)으로부터 광학 신호를 수신하고 검출하는 제곱-법칙 광검출기이다. 일부 실시예에 따르면, 광검출기들(1403 및 1404)은 도 9의 코히어런트 감지 유닛(900)의 광검출기들(903 및 904)과 유사할 수 있다.

도 14에서, 도 9의 코히어런트 감지 유닛(900)의 2×2 광학 결합기(912)와 유사하게, 컴포넌트(1412)는 도파관(1433)으로부터의 내결합된 광학 신호(E₃)와 도파관(1435)으로부터의 LO E_{LO, 2}를 혼합하고 혼합된 신호를 분할하여 도파관들(1436 및 1437)로 지향시키는 2×2 광학 결합기이다.

도 14에서, 컴포넌트(1413)는 도파관(1436)으로부터 광학 신호를 수신하고 검출하는 제곱-법칙 광검출기이다. 유사하게, 도 14에서, 컴포넌트(1414)는 도파관(1437)으로부터 광학 신호를 수신하고 검출하는 제곱-법칙 광검출기이다. 일부 실시예에 따르면, 광검출기들(1413 및 1414)은 도 9의 코히어런트 감지 유닛(900)의 광검출기들(913 및 914)과 유사할 수 있다.

도 15a는, 본 개시내용의 한 실시예에 따른, 4-도파관 편광-다양화된 자유 공간-대-도파관 결합기(1500)(여기서는 간소화를 위해 결합기(1500)라고 지칭됨)의 평면도를 도시한다. 도 15b는 도 15a에 나타낸 결합기(1500)의 사시도를 도시한다. 도 15b는, 서브-결합기들(1501, 1502, 1503, 및 1504)과 각각 결합하는 편광된 송출 및 인입 광학 신호들 E₀₁, E₂₄, E₃₄, 및 E₀₄를 추가로 도시한다. 도 15a에서 파선으로 표시된 바와 같이, 결합기(1500)는 4개의 서브-결합기(1501, 1502, 1503 및 1504)를 포함한다. 일부 실시예에 따르면, 서브-결합기들(1501, 1502, 1503, 및 1504) 각각은, 단일 도파관에 결합된, 격자 결합기를 포함한 그러나 이것으로 제한되지 않는, 자유 공간-도파관 결합기에 의해 실현될 수 있다. 일부 실시예에 따르면, 서브-결합기들(1502 및 1503) 각각은, 편광-독립 자유 공간-도파관 결합기에 의해 실현될 수 있다. 결합기(1500)는, 도 14의 코히어런트 감지 유닛(1400)의 도파관(1432)에 접속된 서브-결합기(1504)가 추가된, 도 13a에 나타낸 결합기(1300)의 수정된 실시예이다.

도 15c는, 본 개시내용의 한 실시예에 따른, 광학 신호들을 외결합하기 위한 4-도파관 편광-다양화된 자유 공간-도파관 결합기(1500)와 함께 이용하기 위한 편광 변환-분리 구성(1510)의 측면도를 도시한다. 도 15f는 광학 신호들을 내결합하기 위해 이용되는 도 15c에 나타낸 구성(1510)의 측면도를 도시한다. 구성(1510)은 결합기(1500)에 도달하는 인입 광학 신호들 E₂₄ 및 E₃₄ 및 결합기(1500)에 의해 방출되는 송출 광학 신호들 E₀₁및 E₀₄가 공통 광학 경로를 따라 전파할 수 있게 하며, 여기서, 공통 광학 경로는 구성(1510)과 타겟 사이에 놓여 있다. 도 15d는 도 15c에 나타낸 구성(1510)의 또 다른 측면도를 도시한다. 도 15g는 도 15f에 나타낸 구성(1510)의 또 다른 측면도를 도시한다. 광학 경로들의 실시예들 및 광학 신호들 E₁ 및 E₄로부터 발생하는 송출 광학 신호들 및 E₂ 및 E₃을 야기하는 인입 광학 신호들의 편광 상태들은, 도 15c, 도 15d, 도 15f, 및 도 15g에 도시되어 있다. 간소화를 위해, 도파관들(1421, 1422, 1432, 및 1433)은, 도 15c, 도 15d, 도 15f, 및 도 15g에 명시적으로 도시되지 않았다.

예시의 목적을 위해, 도 15e는 도 15c 및 도 15d의 광학 신호들의 x-y 평면 상의 경로 위치들 및 편광 상태들의 평면도를 도시한다. 도 15e는, 도 15e의 광학 신호들의 경로 위치들에 대한 기준으로서 x-y 평면 상의 서브-결합기들(1501, 1502, 1503, 및 1504)의 위치들을 나타내는 결합기(1500)의 평면도에 대한 삽입도를 추가로 도시한다. 유사하게, 도 15h는 도 15f 및 도 15g의 광학 신호들의 x-y 평면 상의 경로 위치들 및 편광 상태들의 평면도를 도시한다. 도 15h의 삽입도는, 도 15h의 광학 신호들의 경로 위치들에 대한 기준으로서 x-y 평면 상의 서브-결합기들(1501, 1502, 1503, 및 1504)의 위치들을 나타내는 결합기(1500)의 평면도를 도시한다.

도 15c, 도 15d, 도 15f, 및 도 15g에 도시된 편광 변환-분리 구성(1510)은, 타겟 조명에 대해 원형 편광된 송출 광학 신호를 생성하는데 이용되는 1/4 파장판(1361)의 생략을 제외하고는, 도 13c, 도 13d, 도 13e, 및 도 13f에 도시된 편광 변환-분리 구성(1310)과 본질적으로 동일하다. 결합기(1500) 및 편광 변환-분리 구성(1510)과 함께 동작하는 코히어런트 감지 유닛(1400)은, 도파관들(1421 및 1432) 내의 광학 신호들 E₁ 및 E₄의 진폭들 및 상대적 위상을 조정함으로써 타겟 조명에 대해 선형 편광, 원형 편광 또는 타원 편광을 포함한 임의의 편광 상태를 갖는 송출 광학 신호를 생성할 수 있다. 일부 실시예에 따르면, 편광 변환-분리 구성(1510)을 이용하여 특정한 편광 상태를 갖는 송출 광학 신호를 생성하기 위해, 결합기(1500)의 서브-결합기들(1501, 1502, 1503, 1504)은, 도 15c, 도 15d, 및 도 15e에 나타낸 바와 같이 송출 광학 신호들 E₁₃ 및 E₄₃의 공간적 중첩을 최대화하여 광학 신호들 E₁₃ 및 E₄₃으로부터의 결합된 송출 광학 신호의 편광의 공간적 변화를 최소화하는 방식으로 설계되고 구성될 필요가 있을 수 있다.

도 15b, 도 15c, 도 15d, 도 15f, 및 도 15g에서, 예시의 목적을 위해, 광학 신호들은, z 방향을 따라 전파하고 결합기(1500), 편광-의존 빔-분리기들(1541 및 1542), Faraday 회전기(1551), 및 편광 회전기(1552)에 수직 입사되는 것으로 도시되어 있다. 일반적으로, 광학 신호들의 전파 방향들은 이들 컴포넌트들에 관해 수직 입사이거나 수직 입사 이외의 입사 각도들일 수 있다.

도 16a는 본 개시내용의 또 다른 실시예에 따른 4-도파관 편광-다양화된 자유 공간-도파관 결합기(1600)(여기서는 간소화를 위해 결합기(1600)라고 지칭됨)의 평면도를 도시한다. 도 16b는 도 16a에 나타낸 결합기(1600)의 사시도를 도시한다. 도 16b는 추가로 서브-결합기들(1601 및 1602)과 결합하는 편광된 송출 및 인입 광학 신호들 E₁₀, E₄₀, E₂₃, 및 E₃₃을 도시한다. 도 16a에서 파선으로 표시된 바와 같이, 결합기(1600)는 2개의 서브-결합기(1601 및 1602)를 포함한다. 일부 실시예에 따르면, 서브-결합기들(1601 및 1602) 각각은 도 1b에 나타낸 편광-다양화된 자유 공간-도파관 결합기(101) 또는 도 2에 나타낸 편광-다양화 자유 공간-도파관 결합기(200) 중 어느 하나에 의해 실현될 수 있다. 결합기(1600)는 도 10a에 나타낸 결합기(1000)의 수정된 실시예로서, 광학 신호 E₄를 외결합하기 위해 도 16a의 코히어런트 감지 유닛(1600)의 서브-결합기(1602)에 추가 도파관(1432)이 접속되어 있다.

도 16b에서, 예시의 목적을 위해, 송출 광학 신호 E₁₀ 및 인입 광학 신호 E₂₃이 상이한 공간적 위치들에서 서브-결합기(1601)와 결합하는 것으로 그려져 있다. 일반적으로, 송출 광학 신호 E₁₀ 및 인입 광학 신호 E₂₃은 일부 실시예에 따라 동일한 공간적 위치에서 또는 다른 실시예들에 따라 상이한 공간적 위치들에서 서브-결합기(1601)와 결합할 수 있다. 유사하게, 송출 광학 신호 E₄₀ 및 인입 광학 신호 E₃₃은 일부 실시예에 따라 동일한 공간적 위치에서 또는 다른 실시예들에 따라 상이한 공간적 위치들에서 서브-결합기(1602)와 결합할 수 있다.

도 16c는, 본 개시내용의 또 다른 실시예에 따른, 광학 신호들을 외결합하기 위한 4-도파관 편광-다양화된 자유 공간-도파관 결합기(1600)와 함께 이용하기 위한 편광 변환-분리 구성(1610)의 측면도를 도시한다. 도 16d는 광학 신호들을 내결합하기 위해 이용되는 도 16c에 나타낸 구성(1610)의 측면도를 도시한다. 예시의 목적을 위해, 도 16e는 도 16c의 광학 신호들의 편광 상태들의 평면도를 도시하는 반면, 도 16f는 도 16d의 광학 신호들의 편광 상태들의 평면도를 도시한다. 편광 변환-분리 구성(1610)은 본질적으로 도 10c 및 도 10d에 나타낸 편광 변환-분리 구성(1010)과 동일하다. 광학 경로들의 실시예들 및 광학 신호들 E₁ 및 E₄로부터 발생하는 송출 광학 신호들 및 광학 신호들 E₂ 및 E₃을 야기하는 인입 광학 신호들의 편광 상태들은, 도 16c, 도 16d, 도 16e, 및 도 16f에 도시되어 있다. 간소화를 위해, 도파관들(1421, 1422, 1432, 1433)은 도 16c 및 도 16d에 명시적으로 도시되지 않는다.

도 16b, 도 16c, 및 도 16d에서, 예시의 목적을 위해, 광학 신호들은, z 방향을 따라 전파하고 결합기(1600), 편광-의존 빔-분리기(1641), Faraday 회전기(1651), 및 편광 회전기(1652)에 수직 입사되는 것으로 도시되어 있다. 일반적으로, 광학 신호들의 전파 방향들은 이들 컴포넌트들에 관해 수직 입사이거나 수직 입사 이외의 입사 각도들일 수 있다.

도 17a는, 본 개시내용의 추가 실시예에 따른, 4-도파관 편광-다양화된 자유 공간-대-도파관 결합기(1700)(여기서는 간소화를 위해 결합기(1700)라고 지칭됨)의 사시도를 도시한다. 도 17a는 추가로 서브-결합기들(1701, 1702, 및 1703)과 결합하는 편광된 송출 및 인입 광학 신호들 E₀₁, E₀₄, E₂₄, 및 E₃₄를 도시한다. 도 17a에서 파선으로 표시된 바와 같이, 결합기(1700)는 3개의 서브-결합기(1701, 1702, 및 1703)를 포함한다. 일부 실시예에 따르면, 서브-결합기(1701)는 도 1b에 나타낸 바와 같은 편광-다양화된 자유 공간-도파관 결합기(101) 또는 도 2에 나타낸 바와 같은 편광-다양화된 자유 공간-도파관 결합기(200)에 의해 실현될 수 있는 반면, 서브-결합기들(1702, 및 1703) 각각은, 단일 도파관에 결합되는 격자 결합기를 포함한 그러나 이것으로 제한되지 않는 자유 공간-도파관 결합기에 의해 실현될 수 있다. 다른 실시예들에 따르면, 서브-결합기들(1702 및 1703) 각각은, 편광-독립 자유 공간-도파관 결합기에 의해 실현될 수 있다. 결합기(1700)는 도 11a에 나타낸 결합기(1100)의 수정된 실시예로서, 도파관(1421)으로부터의 광학 신호 E₁의 외결합 외에도, 광학 신호 E₄를 외결합하기 위해 도 17a의 코히어런트 감지 유닛(1700)의 서브-결합기(1701)에 추가적인 도파관(1432)이 접속되어 있다.

도 17a에서, 예시의 목적을 위해, 송출 광학 신호 E₀₁ 및 송출 광학 신호 E₀₄가 상이한 공간적 위치들에서 서브-결합기(1701)와 결합하는 것으로 그려져 있다. 일부 실시예에 따르면, 송출 광학 신호 E₀₁ 및 송출 광학 신호 E₀₄는 2개의 송출 광학 신호의 최대 공간적 중첩을 보장하도록 동일한 공간적 위치에서 서브-결합기(1701)와 결합할 수 있다. 다른 실시예들에 따르면, 송출 광학 신호 E₀₁ 및 송출 광학 신호 E₀₄는 상이한 공간적 위치들에서 서브-결합기(1701)와 결합할 수 있다.

도 17b는, 본 개시내용의 추가 실시예에 따른, 광학 신호들을 외결합하기 위한 4-도파관 편광-다양화된 자유 공간-도파관 결합기(1700)와 함께 이용하기 위한 편광 변환-분리 구성(1710)의 측면도를 도시한다. 도 17c는 광학 신호들을 내결합하기 위해 이용되는 도 17b에 나타낸 구성(1710)의 측면도를 도시한다. 예시의 목적을 위해, 도 17d는 도 17b의 광학 신호들의 편광 상태들의 평면도를 도시하는 반면, 도 17e는 도 17c의 광학 신호들의 편광 상태들의 평면도를 도시한다. 편광 변환-분리 구성(1710)은 본질적으로 도 11b 및 도 11c에 나타낸 편광 변환-분리 구성(1110)과 동일하다. 광학 경로들의 실시예들 및 광학 신호들 E₁ 및 E₄로부터 발생하는 송출 광학 신호들 및 광학 신호들 E₂ 및 E₃을 야기하는 인입 광학 신호들의 편광 상태들은, 도 17b, 도 17c, 도 17d, 및 도 17e에 도시되어 있다. 결합기(1700)를 갖는 편광 변환-분리 구성(1710)의 이용은, 광학 신호들 E₁₃ 및 E₄₃으로부터의 코히어런트하게 결합된 광학 신호의 편광이 광학 신호들 E₀₁ 및 E₀₄로부터의 코히어런트하게 결합된 광학 신호의 편광과 본질적으로 동일하도록, 신호들 E₀₁, E₁₀, E₁₁, E₁₂, 및 E₁₃의 광학 경로 길이가 본질적으로 신호들 E₀₄, E₄₀, E₄₁, E₄₂, 및 E₄₃의 광학 경로 길이와 동일한 것을 보장할 수 있다. 간소화를 위해, 도파관들(1421, 1422, 1432, 및 1433)은 도 17b 및 도 17c에 명시적으로 도시되지 않는다.

도 17a, 도 17b, 및 도 17c에서, 예시의 목적을 위해, 광학 신호들은, z 방향을 따라 전파하고 결합기(1700), 편광-의존 빔-분리기들(1741 및 1742), Faraday 회전기(1751), 및 편광 회전기(1752)에 수직 입사되는 것으로 도시되어 있다. 일반적으로, 광학 신호들의 전파 방향들은 이들 컴포넌트들에 관해 수직 입사이거나 수직 입사 이외의 입사 각도들일 수 있다.

도 18a는 본 개시내용의 한 실시예에 따른 코히어런트 광학 센서(1800)의 평면도를 도시한다. 코히어런트 광학 센서(1800)는, PIC 칩 상에 구현되는 코히어런트 감지 어레이(1810) 및 광학적 라우팅 회로들(1820 및 1830)을 포함한다.

도 18a에서, 광학적 라우팅 회로(1820)는 LO E_LO를 코히어런트 감지 어레이(1810) 내로 라우팅하는데 이용된다. 예를 들어, 도 18a의 광학적 라우팅 회로(1820)는 LO E_LO를 코히어런트 감지 어레이(1810)의 상이한 행들로 라우팅한다. 광학적 라우팅 회로(1820)는 광학 도파관들의 네트워크를 포함하며, 여기서 LO E_LO의 흐름은 네트워크 내의 복수의 광학 스위치에 의해 제어된다. 한 예로서, 도 18a에서, 광학적 라우팅 회로(1820)는, MZI(Mach-Zehnder interferometer) 기반의 광학 스위치들 또는 MEMS 기반의 광학 스위치들일 수 있지만 이것으로 제한되지 않는 광학 스위치들(1821, 1822 및 1823)을 포함한다.

광학적 라우팅 회로(1820)의 다른 구현들이 가능하다고 평가된다. 예를 들어, 도 18a의 광학적 라우팅 회로(1820)는 2진 트리의 형태일 수 있다. 광학 스위치는 LO E_LO를 입력으로부터 스위치의 하나 이상의 출력 포트로 지향시킨다. 일부 실시예에 따르면, 도 18a의 광학 스위치(1821)는 도파관(1824)의 LO E_LO를 도파관들(1825 및 1826) 중 어느 하나 또는 양쪽 모두로 지향시킬 수 있다.

광학적 라우팅 회로(1830)는 광학 소스 신호 E_S를 코히어런트 감지 어레이(1810) 내로 라우팅하는데 이용된다. 일부 실시예에 따르면, 광학적 라우팅 회로(1830)는 광학적 라우팅 회로(1820)와 유사한 구조를 나타낼 수 있다. 한 실시예에서, 광학적 라우팅 회로(1830)는 광학 스위치들(1831, 1832, 및 1833)을 포함하는 2진 트리의 형태일 수 있다. 다른 실시예들에 따르면, 광학적 라우팅 회로(1830)는 광학적 라우팅 회로(1820)와는 상이한 구조를 나타낼 수 있다.

도 18a에서, 코히어런트 감지 어레이(1810)는 코히어런트 감지 유닛들(1801)의 어레이를 포함한다. 한 실시예에서, 코히어런트 감지 어레이(1810)는 4x6 직사각형 포맷(즉, 4행 및 6열)으로 배열된 24개의 코히어런트 감지 유닛(1801)을 포함한다. 도 18b는 본 개시내용의 한 실시예에 따른 코히어런트 감지 어레이(1810)의 한 행의 6개의 코히어런트 감지 유닛들을 도시한다.

도 18a에서, 코히어런트 감지 어레이(1810)의 각각의 코히어런트 감지 유닛(1801)은 코히어런트 감지 유닛을 위한 광 입력 포트들로서 기능하는 2개의 도파관에 접속된다. 일부 실시예에 따르면, 코히어런트 감지 유닛(1801)은 도 1a에 나타낸 코히어런트 감지 유닛(100)일 수 있다. 다른 실시예들에 따르면, 코히어런트 감지 유닛(1801)은 도 7a에 나타낸 코히어런트 감지 유닛(700)일 수 있다. 역시 다른 실시예들에 따르면, 코히어런트 감지 유닛(1801)은 도 8에 나타낸 코히어런트 감지 유닛(800)일 수 있다. 추가 실시예들에 따르면, 코히어런트 감지 유닛(1801)은 도 9에 나타낸 코히어런트 감지 유닛(900)일 수 있다.

도 18a에서, 코히어런트 감지 유닛(1801)에 접속된 2개의 도파관은 광학 소스 신호 E_S 및 LO E_LO를 그 감지 유닛(1801) 내로 지향시키는데 이용될 수 있다. 예를 들어, 도 18b를 참조하면, 도파관(1843)은 도 18b의 도파관들(1843 및 1844)에 접속된 코히어런트 감지 유닛(1801) 내로 광학 소스 신호 E_S를 지향시키는데 이용될 수 있는 반면, 도파관(1844)은 LO E_LO를 동일한 코히어런트 감지 유닛 내로 지향시키는데 이용될 수 있다. 광학 소스 신호 E_S 및 LO E_LO를 상이한 코히어런트 감지 유닛들(1801)에 분배하기 위해 코히어런트 감지 어레이(1810)에서 분할 결합기들이 이용될 수 있다. 도 18b에 도시된 바와 같이, 분할 결합기들(1811, 1812, 1813, 1814, 및 1815)은 광학 소스 신호 E_S를 6개의 코히어런트 감지 유닛(1801)에 분배하는데 이용될 수 있다. 분할 결합기들(1811, 1812, 1813, 1814, 및 1815)은 동일하거나 상이한 분할 비율들을 가질 수 있다. 광학 소스 신호 E_S를 6개의 코히어런트 감지 유닛(1801)에 균등하게 분배하는 일부 실시예에 따르면, 분할 결합기(1811)는 5:1의 분할 비율을 가질 수 있고, 분할 결합기(1812)는 4:1의 분할 비율을 가질 수 있고, 분할 결합기(1813)는 3:1의 분할 비율을 가질 수 있고, 분할 결합기(1814)는 2:1의 분할 비율을 가질 수 있고, 분할 결합기(1815)는 1:1의 분할 비율을 가질 수 있다. 유사하게, 도 18b의 실시예에 따르면, 분할 결합기들(1851, 1852, 1853, 1854, 및 1855)은 LO E_LO를 6개의 코히어런트 감지 유닛(1801)에 분배하는데 이용될 수 있으며, 여기서, 분할 결합기들(1851, 1852, 1853, 1854, 및 1855)은 LO E_LO를 6개의 코히어런트 감지 유닛(1801)에 균등하게 분배할 수 있거나 그렇지 않을 수 있는 분할 결합기들(1811, 1812, 1813, 1814, 및 1815)과 유사하다.

도 18a의 코히어런트 광학 센서(1800)는 또한, 도면에 명시적으로 도시되지 않은 레이저 소스들, 전기 제어 회로들, 및 전기 판독 회로들을 포함할 수 있다.

도 19a는 본 개시내용의 또 다른 실시예에 따른 코히어런트 광학 센서(1900)의 평면도를 도시한다. 코히어런트 광학 센서(1900)는, H-트리의 토폴로지에서 광학적 라우팅 회로를 통해 광학 소스 신호 E_S에 결합되는 코히어런트 감지 유닛들(1901)의 어레이를 포함한다. 예를 들어, 도 19a에 도시된 코히어런트 광학 센서(1900)는 8개의 코히어런트 감지 유닛(1901)을 갖는 3-레벨 H-트리로서 나타난다. 코히어런트 광학 센서(1900)의 H-트리 광학적 라우팅 회로는 복수의 광학 스위치(1902)와 결합된 도파관들의 네트워크에 의해 구성된다. 도 19a의 광학 스위치들(1902)은 도 18a의 코히어런트 광학 센서(1800)의 광학 스위치들(1821, 1822, 1823, 1831, 1832, 및 1833)과 유사할 수 있다.

도 19a에 나타낸 바와 같이, 코히어런트 감지 유닛들(1901) 각각은 광학 소스 신호 E_S를 코히어런트 감지 유닛에 공급하는 단일 도파관에 결합될 수 있다. 광학 소스 신호 E_S는, 코히어런트 감지 유닛(1901)에서, 타겟 조명을 위한 광학 소스 신호와 헤테로다인 검출을 위한 LO 양쪽 모두로서 이용될 수 있다. 일부 실시예에 따르면, 코히어런트 감지 유닛들(1901) 각각은 도 7b에 나타낸 바와 같이 코히어런트 감지 유닛(710)일 수 있다. 다른 실시예들에 따르면, 코히어런트 감지 유닛들(1901) 각각은 도 1a에 나타낸 코히어런트 감지 유닛(100), 도 7a에 나타낸 코히어런트 감지 유닛(700), 도 8에 나타낸 코히어런트 감지 유닛(800) 또는 도 9에 나타낸 코히어런트 감지 유닛(900)일 수 있고, 여기서, 분할 결합기는, 각각의 코히어런트 감지 유닛(1901)에 공급되는 광학 소스 신호 E_S를, 소스 신호로서 이용되는 광학 소스 신호 E_S의 일부와, 코히어런트 감지 유닛을 위한 LO E_LO로서 이용되는 E_S의 일부로 분할하는데 이용될 수 있다. 추가 실시예들에 따르면, 코히어런트 감지 유닛들(1901) 각각은 도 19b에 나타낸 코히어런트 감지 유닛 그룹(1910)일 수 있다. 도 19a의 코히어런트 광학 센서(1900)는 또한, 도면에 명시적으로 도시되지 않은 레이저 소스들, 전기 제어 회로들, 및 전기 판독 회로들을 포함할 수 있다.

도 19b는 본 개시내용의 한 실시예에 따른 코히어런트 감지 유닛 그룹(1910)의 평면도를 도시한다. 한 실시예에서, 코히어런트 감지 유닛 그룹(1910)은 H-트리 토폴로지로 배열된 복수의 코히어런트 감지 유닛(1911)을 포함한다. 예를 들어, 도 19b의 코히어런트 광학 센서(1910)는 4개의 코히어런트 감지 유닛(1911)을 갖는 2-레벨 H-트리로서 나타난다. 도 19b에서, 컴포넌트들(1913)은 광학 소스 신호 E_S의 일부를 코히어런트 감지 유닛 그룹(1910)의 코히어런트 감지 유닛들(1911) 각각에 공급하도록 광학 소스 신호 E_S를 분할하는데 이용될 수 있는 분할 결합기들이다. 일부 실시예에 따르면, 소스 신호를 코히어런트 감지 유닛 그룹(1910)의 모든 코히어런트 감지 유닛(1911)에 균등하게 분배하기 위해 분할 결합기들(1913)의 분할 비율들은 50/50일 수 있다. 도 19b에서, 컴포넌트(1912)는, 각각의 코히어런트 감지 유닛(1911)에 공급되는 광학 소스 신호 E_S를, 광학 소스 신호로서의 광학 소스 신호 E_S의 일부와 코히어런트 감지 유닛에 대한 LO로서의 광학 소스 신호 E_S의 일부로 분할하는데 이용될 수 있는 분할 결합기들이다. 분할 결합기(1912)의 분할 비율은 50/50일 수도 있고 아닐 수도 있다.

도 19b에서, 코히어런트 감지 유닛(1911) 각각은, 도 1a에 나타낸 코히어런트 감지 유닛(100), 도 7a에 나타낸 코히어런트 감지 유닛(700), 도 8에 나타낸 코히어런트 감지 유닛(800), 또는 도 9에 나타낸 코히어런트 감지 유닛(900)일 수 있다.

도 20a는 본 개시내용의 추가 실시예에 따른 코히어런트 광학 센서(2000)의 평면도를 도시한다. 코히어런트 광학 센서(2000)는, PIC 칩 상에 구현되는 감지 영역(2010) 및 광학적 라우팅 회로들(2020 및 2030)을 포함한다. 일부 실시예에 따르면, 감지 영역(2010)은 복수의 코히어런트 감지 유닛 그룹(2001)을 포함한다. 각각의 코히어런트 감지 유닛 그룹(2001)은 타겟 조명을 위한 송출 광학 신호들을 방출하는 복수의 코히어런트 감지 유닛을 포함하며, 여기서, 송출 광학 신호들의 편광은 조정가능하다.

도 20a에서, 광학적 라우팅 회로(2020)는 로컬 발진기 E_LO를 감지 영역(2010) 내의 코히어런트 감지 유닛 그룹(2001)으로 라우팅하는데 이용될 수 있다. 일부 실시예에 따르면, 광학적 라우팅 회로(2020)는 코히어런트 광학 센서(1800)의 광학적 라우팅 회로(1820)와 유사할 수 있다. 도 20a에서, 광학적 라우팅 회로(2030)는, 소스 광 E_S를 감지 영역(2010) 내의 코히어런트 감지 유닛 그룹(2001)으로 라우팅하는데 이용될 수 있다. 일부 실시예에 따르면, 광학적 라우팅 회로(2030)는 코히어런트 광학 센서(1800)의 광학적 라우팅 회로(1830)와 유사할 수 있다.

도 20b는 본 개시내용의 또 다른 실시예에 따른 코히어런트 감지 유닛 그룹(2001)의 평면도를 도시한다. 코히어런트 감지 유닛 그룹(2001)은, 타겟 조명을 위한 조정가능한 편광들을 갖는 송출 광학 신호들을 방출하는 복수의 코히어런트 감지 유닛(2002)을 포함한다. 예시의 목적을 위해, 코히어런트 감지 유닛 그룹(2001)은 도 20b에서 4개의 코히어런트 감지 유닛(2002)을 포함하는 것으로 도시되어 있다. 각각의 코히어런트 감지 유닛(2002)은 LO E_LO를 내결합하기 위한 하나의 입력 도파관 및 소스 광을 내결합하기 위한 2개의 입력 도파관을 포함하며, 여기서 2개의 도파관 내의 소스 광의 진폭들 및 상대적 위상은 코히어런트 감지 유닛(2002)으로부터 방출된 송출 광학 신호의 편광 상태를 결정한다. 일부 실시예에 따르면, 코히어런트 감지 유닛(2002)은 도 14에 나타낸 코히어런트 감지 유닛(1400)에 의해 실현될 수 있다.

도 20b에 나타낸 바와 같이, 각각의 코히어런트 감지 유닛 그룹(2001)은 LO E_LO를 코히어런트 감지 유닛 그룹(2001)의 각각의 코히어런트 감지 유닛(2002)에 분배하기 위해 복수의 분할 결합기(2051, 2052, 및 2053)를 포함한다. 일부 실시예에 따르면, 분할 결합기들(2051, 2052, 및 2053)은, LO E_LO를 코히어런트 감지 유닛 그룹(2001)의 각각의 코히어런트 감지 유닛(2002)에 균등하게 분배할 수 있거나 그렇지 않을 수 있는 분할 결합기들(1851, 1852, 1853, 1854, 및 1855)과 유사할 수 있다.

도 20b에 나타낸 바와 같이, 각각의 코히어런트 감지 유닛 그룹(2001)은 소스 광 E_S를 2개의 부분으로 분할하는 광학 스위치(2021)를 포함할 수 있다. 소스 광 E_S의 2개의 부분은 분할 결합기들을 통해 각각의 코히어런트 감지 유닛(2002)에 분배될 수 있다. 예를 들어, 소스 광 E_S의 일부는 분할 결합기들(2011, 2012, 및 2013)을 통해 코히어런트 감지 유닛들(2002)에 분배될 수 있다. 일부 실시예에 따르면, 분할 결합기들(2011, 2012, 및 2013)은, 광원 E_S를 코히어런트 감지 유닛 그룹(2001)의 각각의 코히어런트 감지 유닛(2002)에 균등하게 분배할 수 있거나 그렇지 않을 수 있는 분할 결합기들(1811, 1812, 1813, 1814, 및 1815)과 유사할 수 있다. 유사하게, 소스 광 E_S의 일부는 분할 결합기들(2011, 2012, 및 2013)과 유사한 분할 결합기들(2014, 2015, 및 2016)을 통해 각각의 코히어런트 감지 유닛(2002)에 분배될 수 있다. 일부 실시예에 따르면, 코히어런트 감지 유닛 그룹(2001)은, 콤팩트 PIC 레이아웃에서 손실 및 누화를 최소화하면서 광학 신호들이 서로 교차할 수 있게 하는 도파관 교차부들(2022)을 포함할 수 있다.

도 20c는 본 개시내용의 한 실시예에 따른 Mach-Zehnder 간섭계 기반의 광학 스위치(2021)의 평면도를 도시한다. Mach-Zehnder 간섭계인 광학 스위치(2021)는 광학 스위치(2021)의 출력 비율들을 제어하는 위상 이동기(2031)를 포함한다. 일부 실시예에 따르면, 위상 이동기(2031)는 전기-광학 위상 이동기 또는 열-광학 위상 이동기일 수 있다.

도 20a의 코히어런트 광학 센서(2000)는, 명시적으로 도시되지 않은 레이저 소스들, 전기 제어 회로들, 및 전기 판독 회로들을 포함할 수 있다. 또한, 도 20b의 코히어런트 감지 유닛 그룹(2001)은 명시적으로 도시되지 않은 전기 제어 회로들 및 전기 판독 회로들을 포함할 수 있다.

도 21a는 본 개시내용의 한 실시예에 따른 광학 코히어런트 촬상기(2100)의 측면도를 도시한다. 광학 코히어런트 촬상기(2100)는, 코히어런트 광학 센서(2101), 편광 변환-분리 어셈블리(2102), 및 촬상 광학 시스템(2103)을 포함한다. 광학 코히어런트 촬상기(2100)는 또한, 간소화를 위해 도 21a에 명시적으로 도시되지 않은 레이저 소스들, 전자 제어기들, 전자 인터페이스들, 및 디지털 신호 프로세서들 중 임의의 하나 이상을 포함한 그러나 이것으로 제한되지 않는 다른 컴포넌트들을 포함할 수 있다.

도 21a의 코히어런트 광학 센서(2101)는 본 개시내용의 복수의 코히어런트 감지 유닛을 포함하는 센서이다. 일부 실시예에 따르면, 코히어런트 광학 센서(2101)는, 도 18a, 도 19a, 및 도 20a에 각각 나타낸 코히어런트 광학 센서들(1800, 1900 및 2000) 중 하나일 수 있다. 송출 광학 신호들은 타겟 조명을 위해 코히어런트 광학 센서(2101)로부터 방출된다. 촬상 광학 시스템(2103)을 통해 코히어런트 광학 센서(2101)의 상이한 코히어런트 감지 유닛들로부터 방출되는 송출 광학 신호들은, 각각의 시야 위치가 코히어런트 광학 센서의 코히어런트 감지 유닛에 대응하도록, 상이한 시야 위치들의 조명 빔들을 야기할 수 있다. 도 21a의 촬상 광학 시스템(2103)의 상세사항들은 단지 예시의 목적을 위해 도시된 것이다. 촬상 광학 시스템(2103)을 위해 다른 광학 셋업들이 이용될 수 있다. 코히어런트 광학 센서(2101)에 이용되는 코히어런트 감지 유닛들의 특정한 설계에 따라, 일부 실시예에 따르면, 편광 변환-분리 어셈블리(2102)는 도 4c, 도 5a, 도 5c, 도 6a, 도 6c, 도 10c, 도 11b, 도 12a, 도 13c, 도 15c, 도 16c 및 도 17b 에 도시된 구성들 중 하나일 수 있다. 편광 변환-분리 어셈블리(2102)는 타겟 조명을 위해 코히어런트 광학 센서(2101)로부터 방출된 송출 광학 신호들 및 코히어런트 광학 센서(2101)에 의해 수신된 인입 광학 신호들(즉, 타겟 신호들)이 공통 광학 경로를 따라 전파될 수 있게 하는데 이용될 수 있고, 여기서, 공통 광학 경로들은 어셈블리(2102)와 타겟(2104) 사이에 놓여 있다.

도 21a에서, 광선들(2171)은 광학 코히어런트 촬상기(2100)의 시야 위치의 예시적인 광학 경로들을 나타내고, 광선들(2172)은 광학 코히어런트 촬상기(2100)의 또 다른 시야 위치의 예시적인 광학 경로들을 나타낸다. 촬상 광학 시스템(2103)은 적어도 하나의 이미지 평면을 가질 수 있다. 편광 변환-분리 어셈블리(2102)는 촬상 광학 시스템(2103)의 이미지 평면에 근접한 위치에 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 21a에서, 편광 변환-분리 어셈블리(2102)는 촬상 광학 시스템(2103)의 최종 이미지 평면(2161)에 배치되는 코히어런트 광학 센서(2101)에 근접한 위치에 배치된다.

도 21b는 최종 이미지 평면(2161) 근처의 도 21a의 촬상기(2100)의 확대도를 도시한다. 예시의 목적을 위해, 도 21b에서, 편광 변환-분리 어셈블리(2102)는 도 6c에 나타낸 편광 변환-분리 구성으로서 나타날 수 있다. 도 21b에 나타낸 바와 같이, 광학 코히어런트 촬상기(2100)의 시야 위치들 각각에 대해, 송출 광학 신호들에 관해 공통 광학 경로들을 공유하는 타겟으로부터 인입 광학 신호들은 편광-의존 빔-분리기(401)에 의해 최종 이미지 평면에서 공간적으로 분리될 수 있다. 도 21b에서, 공간 분리(2198)는 편광-의존 빔-분리기(401)에 의해 이루어지는 인입 및 송출 광선들(2171)의 공간 분리이고, 공간 분리(2199)는 편광-의존 빔-분리기(401)에 의해 이루어지는 인입 및 송출 광선들(2172)의 공간 분리이다. 일부 실시예에 따르면, 촬상 광학 시스템(2103)은, 편광-의존 빔-분리기(401)에 의한 공간 분리가 광학 코히어런트 촬상기(2100)의 시야에 걸쳐 균일하게 되게 할 수 있는 이미지 공간 텔레센트릭성(telecentricity)을 가질 수 있다. 따라서, 광선들(2171)의 공간 분리(2198)는 광선들(2172)의 공간 분리(2199)와 유사할 수 있다. 추가적으로, 광선들(2171)의 수광각(angular subtense; 2188)은 또한 광선들(2172)의 수광각(2189)과 유사할 수 있다. 이러한 상황에서, 코히어런트 광학 센서(2101)의 코히어런트 감지 유닛들의 편광-다양화된 자유 공간-도파관 결합기들은, 공통 입사 각도(예컨대, 수직 입사), 공통 수광각, 및 적용가능한 경우, 서브-결합기들 사이의 공통 분리에 따라 광학 신호들과 최적으로 결합하도록 설계될 수 있다. 촬상 광학 시스템(2103)이 이미지 공간 텔레센트릭성을 갖지 않을 수 있는 다른 실시예들에 따르면, 코히어런트 광학 센서(2101) 내의 코히어런트 감지 유닛들의 편광-다양화된 자유 공간-도파관 결합기들 각각은, 편광 변환-분리 어셈블리(2102) 및 촬상 광학 시스템(2103)의 명세에 따라 광학 신호들과 최적으로 결합하도록 개별적으로 설계될 수 있다.

도 21c는, 도 21b의 광학 코히어런트 촬상기의 시야에 걸쳐 코히어런트 광학 센서(2101) 상의 편광-의존 빔-분리기(401)에 관한 예시적인 일반 광선들(o-광선들) 및 이상 광선들(e-광선들)의 편광 맵을 도시한다. 도 21c에서, 편광들(2191)은 o-광선 편광들의 예들을 나타내고, 편광들(2192)은 e-광선 편광들의 예들을 나타낸다. 한 예로서, 도 21b의 x-z 평면에 놓여 있는 광학 축(498)의 배향에 따라, o-광선 편광들은 y 방향을 따라 주 성분들을 갖는 선형 편광들인 반면, e-광선 편광들은 x 방향을 따라 주 성분들을 갖는 선형 편광들이다. 촬상 광학 시스템(2103)이 정확히 이미지-공간 텔레센트릭인 일부 실시예에 따르면, o-광선과 e-광선 편광들 양쪽 모두는 광학 코히어런트 촬상기의 시야에 걸쳐 불균일할 수 있다. 도 21c에 나타낸 실시예 등의 다른 실시예들에 따르면, 촬상 광학 시스템(2103)이 정확히 이미지-공간 텔레센트릭이 아닐 때 o-광선들 및 e-광선들의 편광들은 균일성에서 벗어날 수 있다. 일부 실시예에 따르면, 코히어런트 광학 센서(2101)의 코히어런트 감지 유닛들의 편광-다양화된 자유 공간-도파관 결합기들은 비균일성이 무시되도록 설계될 수 있다. 다른 실시예들에 따르면, 코히어런트 광학 센서(2101)의 코히어런트 감지 유닛들의 편광-다양화된 자유 공간-도파관 결합기들 각각은, 촬상 광학 시스템(2103)의 시야에 걸쳐 o-광선들 및 e-광선들의 편광들의 변화들에 따라 광학 신호들과 최적으로 결합하도록 개별적으로 설계될 수 있다.

도 22a는 본 개시내용의 또 다른 실시예에 따른 광학 코히어런트 촬상기(2200)의 측면도를 도시한다. 광학 코히어런트 촬상기(2200)는, 코히어런트 광학 센서(2201), 촬상 광학 시스템(2203), 및 촬상 광학 시스템(2203)의 광학 컴포넌트들과 함께 배치된 컴포넌트들을 갖는 편광 변환-분리 어셈블리를 포함한다. 예시로서, 편광 변환-분리 어셈블리는, 편광-의존 빔-분리기들(2241 및 2242), Faraday 회전기(2251), 편광 회전기(2252), 및 1/4 파장판(2261)을 포함한다. 이 편광 변환-분리 어셈블리는, 구성(1210)의 편광-의존 빔-분리기(1241)에 의해 이루어지는 측방향 변위들 대신에 각도 변위들을 일으키는 편광-의존 빔-분리기(2241)의 이용을 제외하고는, 도 12a 및 도 12b의 편광 변환-분리 구성(1210)과 유사하다. 일부 실시예에 따르면, 편광-의존 빔-분리기(2241)는 복굴절 Ÿ‡지일 수 있다. 도 22a에서, 광선들(2271)은 광학 코히어런트 촬상기(2200)의 시야 위치의 예시적인 광학 경로들을 나타내고, 광선들(2272)은 광학 코히어런트 촬상기(2200)의 또 다른 시야 위치의 예시적인 광학 경로들을 나타낸다.

도 22b는, 본 개시내용의 실시예들에 따른, 각도 변위를 일으키는 편광-의존 빔-분리기(2241)를 통해 전파하는 광선들 및 측방향 변위를 일으키는 편광-의존 빔-분리기(2242)를 통해 전파하는 광선들의 측면도들을 도시한다. 도 22b를 참조하면, 편광-의존 빔-분리기(2242)는 광선의 편광에 의존하는 측방향 변위와 함께 인입 광선에 대한 측방향 변위를 야기할 수 있다. 예를 들어, 도 22b에서, 광선의 x 편광 성분 및 y 편광 성분은, 광선이 편광-의존 빔-분리기(2242)를 통과할 때 상이한 변위들로 측방향으로 변위된다. 대조적으로, 편광-의존 빔-분리기(2241)는 광선의 편광에 의존하는 각도 변위와 함께 인입 광선에 대한 각도 변위를 야기할 수 있다. 예를 들어, 도 22b에서, 광선의 x 편광 성분 및 y 편광 성분은, 광선이 편광-의존 빔-분리기(2241)를 통과할 때 상이한 각도들로 각도 변위된다.

도 22a를 다시 참조하면, 편광-의존 빔-분리기(2242)는 촬상 광학 시스템(2203)의 이미지 평면에 근접한 위치에 배치되는 반면, 편광-의존 빔-분리기(2241)는 촬상 광학 시스템(2203)의 초점 평면에 근접한 위치에 배치된다. 초점 평면 상에서의 편광-의존 빔-분리기(2241)에 의한 각도 변위들은 이미지 평면에서 측방향 변위를 효과적으로 야기할 수 있다. 편광-의존 빔-분리기(2241)의 이용은, 촬상 광학 시스템(2203)에서 편광-의존 빔-분리기들(2241 및 2242), Faraday 회전기(2251), 편광 회전기(2252), 및 1/4 파장판(2261)을 포함한 그러나 이것으로 제한되지 않는 광학 컴포넌트들을 배치하기 위한 다양한 위치들에서 더 큰 융통성을 가능케하는 이점을 가질 수 있다.

도 22a에 도시된 바와 같이, Faraday 회전기(2251), 편광 회전기(2252), 및 1/4파장판(2261)은, 광선들의 입사 각도들이 비교적 작은(즉, 수직 입사에 가까운) 촬상 광학 시스템(2203)의 위치들에 배치될 수 있다. 일부 실시예에 따르면, 일부 편광-의존 컴포넌트들은 광학 코히어런트 촬상의 소정의 응용들에 대해 다른 것들보다 더 큰 성능 공차를 가질 수 있다. 예를 들어, 광선들의 입사 각도들을 용인하는 Faraday 회전기(2251)는 편광 회전기(2252)와 편광-의존 빔-분리기(2242) 사이의 임의의 위치에 배치될 수 있다. 또 다른 예로서, 1/4 파장판(2261)은 상이한 시야 위치들에서 광선들의 입사 각도들에서의 더 큰 변동이 있는 위치에 배치될 수 있다. 1/4 파장판(2261)은 수직 입사의 선형 편광된 송출 광학 신호를 원형으로 편광된 광학 신호로 변환하고 수직 입사 이외의 입사 각도에서 선형 편광된 송출 광학 신호를 타원 편광된 광학 신호로 변환할 수 있다. 따라서, 상이한 시야 위치들에서 1/4 파장판(2261) 상으로의 입사 각도의 변화들의 결과는 본질적으로 타겟 장면의 상이한 위치들의 조명에 대해 상이한 타원 편광된 광을 초래할 수 있고, 이것은 광학 코히어런트 촬상의 관련 응용들에 대해 중요한 문제를 부과하지 않을 수 있다. 추가로, 도 20a에 나타낸 코히어런트 광학 센서(2000) 등의 코히어런트 광학 센서(2201)의 일부 실시예는 동적 편광 조정을 가능케할 수 있고, 이것은 타겟 장면의 상이한 위치들의 조명에 대한 상이한 타원 편광된 광의 문제를 완화할 수 있다.

도 22a에서, 편광 변환-분리 어셈블리의 컴포넌트들은 촬상 광학 시스템(2203)의 광학 컴포넌트들과 함께 개별적으로 배치된다. 일부 실시예에 따르면, 편광 변환-분리 어셈블리의 컴포넌트들 중 하나 이상은 촬상 광학 시스템(2203)의 광학 컴포넌트들과 함께 집합적으로 배치될 수 있다.

도 23은, 본 개시내용의 한 실시예에 따른, 광학 신호들을 전송 및 수신하기 위한 공유된 경로를 가능케하기 위해 편광 다양화를 이용하는 광학 코히어런트 촬상 방법의 플로차트를 나타낸다.

단계 2301에서, 광원으로부터 소스 광이 생성된다.

단계 2303에서, 소스 광은 도파관 회로를 통해 광학 코히어런트 촬상기의 코히어런트 광학 센서 내의 하나 이상의 편광-다양화된 자유 공간-도파관 결합기로 안내된다. 일부 실시예에 따르면, 도파관 회로를 통한 소스 광의 안내는, 제어 시스템을 이용하여 도파관 회로의 전기-광학 또는 열-광학 스위치들을 제어함으로써 달성될 수 있다. 일부 실시예에 따르면, 소스 광이 안내되는 편광-다양화된 자유 공간-도파관 결합기의 선택은 조명될 타겟 장면의 위치에 의해 결정될 수 있다. 더 구체적으로, 각각의 타겟 장면 위치는 광학 코히어런트 촬상기의 시야 위치에 대응하고, 이 시야 위치는 결국 광학 코히어런트 촬상기의 코히어런트 광학 센서 내의 편광-다양화된 자유 공간-도파관 결합기에 대응한다.

단계 2305에서, 소스 광이 안내되는 선택된 편광-다양화된 자유 공간-도파관 결합기들(여기서는 간소화를 위해 결합기들이라고 지칭함) 각각에 대해, 소스 광은 결합기로부터 자유 공간 내로 외결합되어 제1 편광을 갖는 송출 광을 야기한다. 여기서, 자유 공간이란, 진공, 공기, 결합기 표면 위의 영역, 또는 매체에서 전파되는 광학 신호들의 파장보다 훨씬 더 큰(예컨대, 적어도 10배) 길이 스케일을 갖는 경계들을 갖는 임의의 균질한 매체를 지칭할 수 있다. 일부 실시예에 따르면, 편광-다양화된 자유 공간-도파관 결합기는 도 1b에 관해 도시되고 설명된 결합기(101), 도 2에 관해 도시되고 설명된 결합기(200), 도 3에 관해 도시되고 설명된 결합기(300), 도 10a에 관해 도시되고 설명된 결합기(1000), 도 11a에 관해 도시되고 설명된 결합기(1100), 도 13a에 관해 도시되고 설명된 결합기(1300), 도 15a에 관해 도시되고 설명된 결합기(1500), 도 16a에 관해 도시되고 설명된 결합기(1600), 또는 도 17a에 관해 도시되고 설명된 결합기(1700)에 의해 실현될 수 있다.

단계 2307에서, 선택된 편광-다양화된 자유 공간-도파관 결합기들 각각에 의해 방출된 송출 광에 대해, 송출 광의 제1 편광은 편광 변환 구성에 의해 제2 편광으로 변환될 수 있다. 제2 편광은 제1 편광과 동일하거나 상이할 수 있다. 제2 편광은, 선형 편광, 원형 편광, 또는 타원형 편광 중 임의의 것일 수 있다. 일부 실시예에 따르면, 편광 변환은, Faraday 회전기, 편광 회전기, 및 1/4 파장판을 포함한 그러나 이것으로 제한되지 않는 광학 컴포넌트들 중 하나 또는 조합에 의해 실현될 수 있다.

단계 2307에서, 일부 실시예에 따르면, 송출 광의 광학 경로는 추가적으로 측방향 또는 각도 변위되거나, 측방향 및 각도 양쪽 모두 변위될 수 있다. 변위는, 편광-의존 빔-분리기 등의 그러나 이것으로 제한되지 않는 광학-경로-변위 컴포넌트들 중 적어도 하나에 의해 실현될 수 있다. 일부 실시예에 따르면, 편광 변환 및 광학 경로 변위의 동작들은, Faraday 회전기, 편광 회전기, 1/4 파장판, 및 편광-의존 빔-분리기를 포함한 그러나 이것으로 제한되지 않는 광학 컴포넌트들의 조합에 의해 실현될 수 있다. 일부 실시예에 따르면, 이러한 동작들은, 도 4c, 도 5a, 도 5c, 도 6a, 도 6c, 도 10c, 도 11b, 도 12a, 도 13c, 도 15c, 도 16c 및 도 17b에 나타낸 구성들을 포함한 그러나 이것으로 제한되지 않는 구성들 중 적어도 하나에 의해 실현될 수 있다. 일부 실시예에 따르면, 이러한 동작들을 위한 구성들은 촬상 광학 시스템의 다른 광학 컴포넌트들과 함께 배치될 수 있거나 그렇지 않을 수 있다. 예를 들어, 도 22a를 참조하면, 광학 경로 변위를 갖는 편광 변환 구성은, 촬상 광학 시스템(2203)의 광학 컴포넌트들(렌즈들)과 함께 배치되는 컴포넌트들(2241, 2242, 2251, 2252 및 2261)을 포함한다.

단계 2309에서, 변환된 송출 광은, 단계 2303에 따라 선택된 편광-다양화된 자유 공간-도파관 결합기에 대응하는 광학 코히어런트 촬상기의 시야 위치들에 위치한 하나 이상의 타겟으로 지향된다. 일부 실시예에 따르면, 변환된 송출 광은 선택된 결합기들과 타겟 사이에 배치된 추가적인 촬상 광학 시스템을 이용하여 타겟들로 지향될 수 있다.

단계 2311에서, 타겟들은 그들을 조명하는 변환된 송출 광을 반사하거나 산란시킬 수 있다. 타겟으로부터의 반사되거나 산란된 광은, 단계 2309에서 설명된 선택된 편광-다양화된 자유 공간-대-도파관 결합기에 대응하는 촬상기의 시야 위치들에서 광학 코히어런트 촬상기에 의해 수신될 수 있다. 일부 실시예에 따르면, 반사되거나 산란된 광은 선택된 결합기들과 타겟 사이에 배치된 추가적인 촬상 광학 시스템으로 수신될 수 있다. 일부 실시예에 따르면, 광학 촬상 시스템은 단계 2309의 촬상 광학 시스템과 동일할 수 있다.

단계 2313에서, 타겟으로부터 반사되거나 산란된 수신 광은 단계 2307에서 설명한 것과 동일한 편광 변환 구성에 의해 변환될 수 있다. 단계 2311에 설명된 촬상기의 시야 위치들 각각에서, 수신 광은 변환된 송출 광의 제2 편광과 동일한 제3 편광을 갖는 성분과 제3 편광 성분에 직교하는 제4 편광을 갖는 성분 중 어느 하나 또는 양쪽 모두를 포함할 수 있다. 시야 위치들 각각에서, 편광 변환 구성은 수신 광의 제3 편광을 그 위치에서의 송출 광의 제1 편광에 직교하는 제5 편광으로 변환할 수 있다. 유사하게, 편광 변환 구성은 수신 광의 제4 편광을 변환된 수신 광의 제5 편광에 직교하는 제6 편광으로 변환할 수 있다. 일부 실시예에 따르면, 시야 위치들 각각에서, 수신 광의 적어도 하나의 편광 성분의 광학 경로는 단계 2307에서 설명된 것과 동일한 광학-경로-변위 성분에 의해 추가로 변위될 수 있다. 일부 실시예에 따르면, 변위되는 수신 광의 편광 성분들은 제3 및 제4 편광들 중 어느 하나 또는 양쪽 모두일 수 있다.

단계 2315에서, 변환된 수신 광은 하나 이상의 편광-다양화된 자유 공간-도파관 결합기를 이용하여 자유 공간으로부터 내결합 도파관들로 결합될 수 있다. 일부 실시예에 따르면, 이들 편광-다양화된 자유 공간-도파관 결합기들은 단계 2305에서 송출 편광된 광을 방출하는데 이용되는 동일한 세트의 편광-다양화된 자유 공간-도파관 결합기들일 수 있다. 편광-다양화된 자유 공간-도파관 결합기들 각각에 대해, 편광-다양화된 자유 공간-도파관 결합기를 통해 변환된 수신 광의 일부 또는 전부를 수신하는 내결합 도파관들 중 적어도 하나는, 단계 2303에 따라 소스 광을 결합기(즉, 외결합 도파관)로 안내하는 도파관과는 상이하다.

더 구체적으로, 한편으로, 일부 실시예에 따르면, 편광-다양화된 자유 공간-도파관 결합기는 변환된 수신된 광의 제5 편광을 내결합할 수 있고, 이것은 결합기로부터 외결합 도파관과는 상이한 적어도 하나의 도파관으로 방출되는 송출 광의 제1 편광과 직교한다. 이것은, 변환된 수신 광의 제5 편광을 외결합 도파관과는 상이한 내결합 도파관에 결합하는 편광-다양화된 자유 공간-도파관 결합기의 설계에 의해 달성될 수 있다. 일부 실시예에 따르면, 이것은, 변환된 수신 광의 제5 편광이 결합기로부터 송출 광이 방출되는 공간적 위치와는 상이한 공간적 위치의 결합기에 도달할 수 있도록 하는 수신 광의 제3 편광의 광학 경로 변위에 의해 달성될 수 있다.

한편, 일부 실시예에 따르면, 편광-다양화된 자유 공간-도파관 결합기는, 변환된 수신 광의 제5 편광과 직교하는 변환된 수신 광의 제6 편광을, 외결합 도파관과는 상이한 적어도 하나의 도파관에 내결합할 수 있다. 이것은, 변환된 수신 광의 제6 편광이 결합기로부터 송출 광이 방출되는 공간적 위치와는 상이한 공간적 위치의 결합기에 도달할 수 있도록 하는 수신 광의 제4 편광의 광학 경로 변위에 의해 달성될 수 있다. 일부 실시예에 따르면, 수신 광의 제3 및 제4 편광들의 광학 경로 변위들은 단계 2313에서 설명된 것과 동일한 광학 경로 변위 컴포넌트들을 통해 실현될 수 있다.

단계 2317에서, 내결합 도파관 내의 내결합된 수신 광은 변환된 수신 광을 내결합하는 편광-다양화된 자유 공간-도파관 결합기에 근접하게 배치된 검출기들에 의해 검출될 수 있다. 검출기들은 헤테로다인 검출 셋업들에 공급되는 로컬 발진기 광으로 헤테로다인 검출을 수행하는 헤테로다인 검출 셋업들로서 배열될 수 있다.

단계 2319에서, 검출된 신호들은 처리되어 타겟에 관한 정보를 추출할 수 있다. 신호들의 처리는 광학 코히어런트 촬상기의 일부일 수 있거나 아닐 수 있는 신호 처리 유닛에 의해 수행될 수 있다. 일부 실시예에 따르면, 타겟의 정보는 타겟의 좌표들 및 타겟 표면의 반사율을 포함할 수 있지만 이것으로 제한되는 것은 아니다. 일부 실시예에 따르면, 타겟의 정보는 광학 코히어런트 촬상기로부터의 타겟의 거리를 포함할 수 있다. 일부 실시예에 따르면, 타겟의 정보는 타겟의 속도 정보를 포함할 수 있다. 일부 실시예에 따르면, 거리 및 속도 정보는 FMCW LIDAR의 접근법에 따라 단계 2301에서 소스 광을 변조함으로써 획득되고 검출된 신호들의 Fourier 변환들에 의해 추출될 수 있다.

본 개시내용을 설명하고 정의하기 위한 목적으로, 정도를 나타내는 용어들(예컨대, "실질적으로", "약간", "약", "필적하는" 등)은, 임의의 정량적 비교, 값, 측정값, 또는 기타의 표현에 기인할 수 있는 불확실성의 고유한 정도를 나타내기 위해 본 명세서에서 사용될 수 있다는 점에 유의한다. 이러한 정도를 나타내는 용어들은 또한, 해당 주제의 기본 기능을 변경하지 않고 정량적 표현이 언급된 기준으로부터 달라질 수 있는 정도(예컨대, 약 10% 이하)를 나타내기 위해 본 명세서에서 사용될 수 있다. 본 명세서에서 달리 언급하지 않는 한, 본 개시내용에 나타나는 임의의 수치는 정도를 나타내는 용어(예컨대, "약")에 의해 수정되는 것으로 간주됨으로써, 그 본질적인 불확실성을 반영한다.

본 개시내용의 다양한 실시예가 본 명세서에서 상세히 설명되었지만, 본 기술분야의 통상의 기술자라면, 첨부된 청구항들에 언급된 본 개시내용의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 수정들 및 다른 실시예들을 용이하게 인식할 것이다.

Claims (21)

1. 복수의 코히어런트 감지 유닛 및 상기 코히어런트 감지 유닛들 상에 배치된 편광 변환기를 포함하는 광학 코히어런트 센서로서, 상기 코히어런트 감지 유닛들 각각은,
   제1 편광 상태를 갖는 광학 신호들을 자유 공간으로부터 제1 도파관으로 및 제1 도파관으로부터 자유 공간으로 지향시킬 수 있고 제2 편광 상태를 갖는 광학 신호들을 자유 공간으로부터 제2 도파관으로 및 제2 도파관으로부터 자유 공간으로 지향시킬 수 있는 편광 다양화된 광학 결합기;
   상기 제1 도파관 및 제2 도파관 중 적어도 하나를 통해 상기 편광 다양화된 광학 결합기에 광학적으로 결합되는 하나 이상의 2×2 광학 결합기; 및
   상기 2×2 광학 결합기들에 광학적으로 결합된 하나 이상의 광검출기
   를 포함하는 광학 코히어런트 센서.
2. 제1항에 있어서, 상기 편광 다양화된 광학 결합기는 제1 서브-결합기 및 제2 서브-결합기를 포함하는, 광학 코히어런트 센서.
3. 제2항에 있어서, 상기 제1 및 제2 서브-결합기들 중 하나는 미리정의된 편광 상태의 광학 신호들과 최적으로 결합하는 편광 의존성이며, 상기 제1 및 제2 서브-결합기들 중 다른 하나는 임의의 편광 상태들의 광학 신호들과 최적으로 결합하는 편광 독립성인, 광학 코히어런트 센서.
4. 제2항에 있어서, 상기 제2 서브-결합기는 상기 제1 서브-결합기 상에 배치되고 상기 제1 서브-결합기로부터 수직으로 분리되는, 광학 코히어런트 센서.
5. 제2항에 있어서, 상기 제1 및 제2 서브-결합기들은 광자 기판 상에 배치되고 서로 측방향으로 분리되는, 광학 코히어런트 센서
6. 제5항에 있어서, 상기 편광 변환기는 상기 제1 및 제2 서브-결합기들 중 하나로부터의 송출 광학 신호를 자유 공간의 광학 경로로 지향시키고, 상기 광학 경로로부터의 인입 광학 신호를 상기 제1 편광 상태를 갖는 제1 광학 신호 및 상기 제2 편광 상태를 갖는 제2 광학 신호로 분리하고, 상기 제1 및 제2 광학 신호들 중 어느 하나 또는 양쪽 모두는, 상기 제1 및 제2 광학 신호들이 상기 제1 및 제2 서브-결합기들 상에 각각 입사되도록 상기 편광 변환기에 의해 공간적으로 변위되는, 광학 코히어런트 센서.
7. 제2항에 있어서, 상기 편광 변환기는 적어도 하나의 편광-의존 빔-분리기를 포함하는, 광학 코히어런트 센서.
8. 제1항에 있어서, 상기 편광 변환기는 선형 편광된 광학 신호를 미리정의된 각도만큼 회전시키는 하나 이상의 편광 전환기를 포함하는, 광학 코히어런트 센서.
9. 제8항에 있어서, 상기 편광 전환기들 중 적어도 하나는 Faraday 회전기인, 광학 코히어런트 센서.
10. 제1항에 있어서, 상기 편광 변환기는 하나 이상의 1/4 파장판을 포함하는, 광학 코히어런트 센서.
11. 제2항에 있어서, 상기 편광 다양화된 광학 결합기는 제3 서브-결합기를 더 포함하는, 광학 코히어런트 센서.
12. 제11항에 있어서, 상기 제1, 제2 및 제3 서브-결합기들은 광자 기판 상에 배치되고 서로 측방향으로 분리되는, 광학 코히어런트 센서.
13. 제11항에 있어서, 상기 편광 변환기는 상기 제1, 제2, 및 제3 서브-결합기들 중 하나로부터의 송출 광학 신호를 자유 공간의 광학 경로로 지향시키고, 상기 광학 경로로부터의 인입 광학 신호를 상기 제1 편광 상태를 갖는 제1 광학 신호 및 상기 제2 편광 상태를 갖는 제2 광학 신호로 분리하고, 상기 제1 및 제2 광학 신호들 중 어느 하나 또는 양쪽 모두는, 상기 제1 및 제2 광학 신호들이 상기 제1, 제2, 및 제3 서브-결합기들 중 2개 상에 각각 입사되도록 상기 편광 변환기에 의해 공간적으로 변위되는, 광학 코히어런트 센서.
14. 제11항에 있어서, 상기 편광 다양화된 광학 결합기는 제4 서브-결합기를 더 포함하는, 광학 코히어런트 센서.
15. 제14항에 있어서, 상기 편광 변환기는 상기 제1, 제2, 제3, 및 제4 서브-결합기들 중 2개로부터의 송출 광학 신호를 자유 공간의 광학 경로로 지향시키고, 상기 광학 경로로부터의 인입 광학 신호를 상기 제1 편광 상태를 갖는 제1 광학 신호 및 상기 제2 편광 상태를 갖는 제2 광학 신호로 분리하고, 상기 제1 및 제2 광학 신호들 중 어느 하나 또는 양쪽 모두는, 상기 제1 및 제2 광학 신호들이 상기 제1, 제2, 제3, 및 제4 서브-결합기들 중 2개 상에 각각 입사되도록 상기 편광 변환기에 의해 공간적으로 변위되는, 광학 코히어런트 센서.
16. 광학 코히어런트 촬상기로서,
    제1항의 광학 코히어런트 센서 및 복수의 렌즈를 포함하는 촬상 광학 시스템을 포함하고, 상기 촬상 광학 시스템은 상기 광학 코히어런트 센서가 상기 촬상 광학 시스템의 이미지 평면에 근접하게 위치하도록 배치되는, 광학 코히어런트 촬상기.
17. 광학 코히어런트 촬상을 위한 방법으로서,
    광학 코히어런트 촬상기로부터, 상기 광학 코히어런트 촬상기의 하나 이상의 시야 위치에 각각 대응하는 하나 이상의 광학 경로를 따라 각각 하나 이상의 타겟으로 하나 이상의 송출 광학 신호를 방출하는 단계;
    상기 송출 광학 신호들에 의해 조명된 타겟들로부터 반사된 하나 이상의 인입 광학 신호를, 상기 광학 경로들을 따른 상기 광학 코히어런트 촬상기에 의해 수신하는 단계;
    상기 광학 코히어런트 촬상기의 편광 변환기에 의해, 인입 광학 신호들 각각을 제1 편광 상태를 갖는 제1 광학 성분 및 제2 편광 상태를 갖는 제2 광학 성분으로 전환하는 단계, ―상기 제1 편광 상태는 상기 제2 편광 상태에 직교함―; 및
    상기 광학 코히어런트 촬상기의 광학 코히어런트 센서 상의 하나 이상의 편광 다양화된 광학 결합기에 의해, 상기 인입 광학 신호들의 제1 및 제2 광학 성분들을 상기 광학 코히어런트 센서의 하나 이상의 광검출기로 안내하여 상기 광학 코히어런트 촬상기의 시야 위치들 각각에서 로컬 발진기 광으로 헤테로다인 검출을 수행함으로써, 상기 시야 위치들에 있는 타겟들의 정보를 결정하는 단계
    를 포함하는 방법.
18. 제17항에 있어서, 상기 송출 광학 신호들을 방출하는 단계는,
    광원으로부터 하나 이상의 소스 광학 신호를 생성하는 단계;
    상기 편광 다양화된 광학 결합기들에 의해 상기 소스 광학 신호들을 상기 송출 광학 신호들로 전환하는 단계, ―각각의 송출 광학 신호는 제1 방출 편광 상태를 가짐―; 및
    상기 편광 다양화된 광학 결합기들로부터 상기 송출 광학 신호들을 방출하는 단계
    를 포함하는, 방법.
19. 제18항에 있어서, 상기 편광 다양화된 광학 결합기들로부터 송출 광학 신호들을 방출한 후, 상기 광학 코히어런트 촬상기의 상기 편광 변환기에 의해 상기 송출 광학 신호들 각각을 상기 제1 방출 편광 상태로부터 제2 방출 편광 상태로 변환하는 단계를 더 포함하는 방법.
20. 제17항에 있어서, 상기 인입 광학 신호들을 전환하는 단계는, 상기 인입 광학 신호들 각각의 상기 제1 편광 상태를 제1 미리정의된 편광 각도만큼 회전시키고 상기 인입 광학 신호들 각각의 상기 제2 편광 상태를 제2 미리정의된 편광 각도만큼 회전시키는 단계를 포함하는, 방법.
21. 제19항에 있어서, 상기 인입 광학 신호들을 전환하는 단계는, 상기 제1 및 제2 편광 상태들에 따라 상기 인입 광학 신호들 각각의 제1 및 제2 성분들 중 적어도 하나를 공간적으로 변위시켜, 상기 제1 및 제2 성분들이 상기 편광 다양화된 광학 결합기들 각각의 제1 및 제2 서브-결합기들 상에 각각 입사되도록 하는 단계를 포함하는, 방법.

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