JP2018088694A

High speed free-space optical communications

Abstract

Problem to be solved.To provide a high output and high speed vertical cavity light emitting (VCSEL) array which may have a loose beam alignment tolerance in free space optical communication. A high-power, high-speed VCSEL array 100 is used in a unique configuration of an array and a sub-array. The placement of the VCSEL array behind the lens 104 allows for spatial separation and directivity. Adopt variance to increase alignment tolerance. Intensity modulation is achieved by manipulating the group of VCSEL emitters with maximum bias. High-band optical communication networks may employ angular, spatial, and / or wavelength multiplexing. Various network technologies and bandwidths suitable for the data center will be implemented. Eye-safe networks employ VCSEL emitters paired with optics to reduce the optical power density to eye-safe levels. [Selection diagram] Fig. 1

JP2018088694A, drawing sheet 1
Sheet 1 of 9

Term

Projected expiry 16 January 2038.

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53 claims: 10 independent, 43 dependent

  1. 1
    自由空間光通信のための光通信デバイスであって、 1以上のレーザービームを放射するように構成されたレーザーエミッタの1以上のクラスタ、 1以上のレーザービームを受け取り、1以上のレーザービームのそれぞれの拡散した光錐を出力するように構成された光拡散素子、 拡散した光錐を組み合わせてレーザービームの束にするように構成された1以上のコリメータレンズ、 レーザービームの束を受け取り、レーザービームの束に焦点を合わせて、焦点を合わせたレーザービームの束にするように構成された1以上の集光レンズ、 1以上の集光レンズから焦点を合わせたレーザービームの束を受け取るように構成されたレーザー検出器の1以上のクラスタを備え、 レーザー検出器のそれぞれのクラスタは、1以上のコリメータレンズと1以上の集光レンズによって、エミッタの対応するクラスタに光学的に結合されるように構成されている、ことを特徴とする光通信デバイス。
  2. 2
    レーザービームの束は、並進公差の所望の量に基づいて、1以上の集光レンズをオーバーフィルまたはアンダーフィルするように構成されている、ことを特徴とする請求項1に記載の光通信デバイス。
  3. 3
    レーザービームの束が、1以上の集光レンズをオーバーフィルまたはアンダーフィルするように構成されているとき、余分なレーザーエネルギーを収集するために、レーザー検出器の1以上のクラスタのなかからそれぞれのレーザー検出器を囲むように構成された光起電力デバイスをさらに備える、ことを特徴とする請求項2に記載の光通信デバイス。
  4. 4
    レーザービームの束は1以上のレーザービームの組み合わせであり、組み合わせた1以上のレーザービームはコヒーレントではない、ことを特徴とする請求項1に記載の光通信デバイス。
  5. 5
    1以上の集光レンズは、検出器の1以上のクラスタの表面の後ろの焦点でレーザービームの束に焦点を合わせるように構成されており、したがって、焦点を合わせたレーザービームの束は、検出器の1以上のクラスタの表面で不鮮明な円を形成する、ことを特徴とする請求項1に記載の光通信デバイス。
  6. 6
    焦点は、所望の並進公差と、焦点を合わせたレーザービームの束の所望の光パワーに基づく、ことを特徴とする請求項5に記載の光通信デバイス。
  7. 7
    1以上のドライバをさらに備え、 レーザーエミッタの1以上のクラスタのそれぞれは、並列に電気的に接続されるように、および、1以上のドライバのなかの単一のドライバによって駆動されるように構成された2以上のVCSEL素子を含む、ことを特徴とする請求項1に記載の光通信デバイス。
  8. 8
    レーザーエミッタの1以上のドライバは表面の中央に位置しており、独立した制御回路によって駆動され、 レーザー検出器の1以上のクラスタは、レーザーエミッタの1以上のクラスタに対して遠位に位置している、ことを特徴とする請求項1に記載の光通信デバイス。
  9. 9
    レーザーエミッタの1以上のクラスタは、直線アレイで並べられている、ことを特徴とする請求項8に記載の光通信デバイス。
  10. 10
    レーザーエミッタの1以上のクラスタは、二次元アレイで並べられており、レーザー検出器の1以上のクラスタは、複数のエミッタのまわりで周辺部を形成する、ことを特徴とする請求項8に記載の光通信デバイス。
  11. 11
    1以上の集光レンズは、所望のアライメント公差またはリンクバジェットに基づいて、レーザービームの焦点を合わせた束を不鮮明にするように構成される、ことを特徴とする請求項1に記載の光通信デバイス。
  12. 12
    バイナリデータのストリングの光自由空間送信のためのシステムであって、 前記システムは、 第1の出力レベルに関連付けられるレーザーエミッタの第1のクラスタ、 レーザーエミッタの第1のクラスタよりもはるかに多くのレーザーエミッタを含む、第2の出力レベルに関連付けられるレーザーエミッタの第2のクラスタ、 クロックパルス中にレーザーエミッタの第1のクラスタに関する第1の活性化状態を測定するように構成された回路であって、前記第1の活性化状態がバイナリデータのストリングにおける第1のビット位置でのバイナリ値に基づいている、回路、 クロックパルス中にレーザーエミッタの第2のクラスタに関する第2の活性化状態を測定するように構成された回路であって、前記第2の活性化状態がバイナリデータのストリングにおける第2のビット位置でのバイナリ値に基づいている、回路、を含むことを特徴とするシステム。
  13. 13
    レーザーエミッタの第1のクラスタとレーザーエミッタの第2のクラスタは、歪を減らすために動作するように構成されている、ことを特徴とする請求項12に記載のシステム。
  14. 14
    レーザーエミッタの第2のクラスタは、レーザーエミッタの第1のクラスタの2倍の数のレーザーエミッタを有している、ことを特徴とする請求項12に記載のシステム。
  15. 15
    レーザーエミッタの1以上の追加のクラスタをさらに含み、 レーザーエミッタの1以上の追加のクラスタの中のレーザーエミッタの追加の各クラスタは、レーザーエミッタの先のクラスタからのレーザーエミッタのもっとも有意なバイナリグループの2倍の数のレーザーエミッタを有する、ことを特徴とする請求項10に記載のシステム。
  16. 16
    レーザーエミッタの第1のクラスタとレーザーエミッタの第2のクラスタの出力を受け取るように、および、均一な強度のビームを形成するように構成されたホログラフィック光学素子およびレンズをさらに含む、ことを特徴とする請求項10に記載のシステム。
  17. 17
    バイナリデータのストリングの光自由空間送信のためのシステムであって、 前記システムは、 第1の出力波長に関連付けられるレーザーエミッタの第1のクラスタ、 第2の出力波長に関連付けられるレーザーエミッタの第2のクラスタ、 クロックパルス中にレーザーエミッタの第1のクラスタに関する第1の活性化状態を測定するように構成された回路であって、前記第1の活性化状態がバイナリデータのストリングにおける第1のビット位置でのバイナリ値に基づいている、回路、 クロックパルス中にレーザーエミッタの第2のクラスタに関する第2の活性化状態を測定するように構成された回路であって、前記第2の活性化状態がバイナリデータのストリングにおける第2のビット位置でのバイナリ値に基づいている、回路、を含むことを特徴とするシステム。
  18. 18
    レーザーエミッタの第1のクラスタとレーザーエミッタの第2のクラスタからの出力を受け取るように、および、混合ビームを形成するように構成されたホログラフィック光学素子およびレンズをさらに含む、ことを特徴とする請求項14に記載のシステム。
  19. 19
    第1の出力波長と第2の出力波長が目に安全な波長に調節される、ことを特徴とする請求項14に記載のシステム。
  20. 20
    レーザーエミッタの1以上の追加のクラスタをさらに含み、 レーザーエミッタの1以上の追加のクラスタの中のレーザーエミッタの追加の各クラスタは、追加の出力波長に関連付けられ、レーザーエミッタの追加の各クラスタは、レーザーエミッタの先のクラスタからのレーザーエミッタのもっとも有意なバイナリグループの2倍の数のレーザーエミッタを有する、ことを特徴とする請求項17に記載のシステム。
  21. 21
    非機械的なビームの指向性が可能な自由空間光通信のための光通信デバイスであって、 前記デバイスは、 レンズ、 レンズの後ろに位置付けられる複数のレーザーエミッタであって、複数のレーザーエミッタのそれぞれがレンズを介して明瞭な光路を辿るレーザービームを放出するように構成された、レーザーエミッタ、および、 レーザービームの所望の光路に基づいて複数のレーザーエミッタの1つを活性化するように構成された回路、を含む光通信デバイス。
  22. 22
    複数のレーザーエミッタは直線アレイで構成される、ことを特徴とする請求項21に記載のデバイス。
  23. 23
    複数のレーザーエミッタは二次元アレイで構成される、ことを特徴とする請求項21に記載のデバイス。
  24. 24
    複数のレーザーエミッタは外側に面したアレイの三次元配置で構成される、ことを特徴とする請求項21に記載のデバイス。
  25. 25
    自由空間光通信ネットワークであって、 第1の表面、 第1の表面に接続されたレーザー検出器のクラスタ、 第2の表面、および、 第2の表面に接続された光スイッチを含み、 光スイッチは、 レーザービームを放出するように構成されたレーザーエミッタのクラスタ、 レーザービームを受け取り、レーザー検出器のクラスタに当たるビームを出力するように構成された1以上の光学素子、および、 レーザーエミッタのクラスタを駆動することによって、レーザー検出器のクラスタに情報を送信するように構成された回路、 を含むことを特徴とする光通信ネットワーク。
  26. 26
    第1の表面と第2の表面は装置ラックに対して内部にある、ことを特徴とする請求項25に記載の光通信ネットワーク。
  27. 27
    第1の表面は第1の装置ラック上に位置し、第2の表面は第2の装置ラック上に位置する、ことを特徴とする請求項25に記載の光通信ネットワーク。
  28. 28
    第1の表面は装置ラックの上にある、ことを特徴とする請求項25に記載の光通信ネットワーク。
  29. 29
    自由空間光通信ネットワークであって、 第1の表面、 第1の表面に接続されたレーザー検出器の第1のクラスタ、 第2の表面、および、 第2の表面に接続された送受信機を含み、 前記送受信機は、 レーザービームを放出するように構成されたレーザーエミッタのクラスタ、 レーザービームの第2のクラスタ、 レーザービームを受け取り、レーザー検出器のクラスタに当たるビームを出力するように構成された1以上の光学素子、および、 レーザーエミッタのクラスタを駆動することによって、レーザー検出器の第1のクラスタに情報を送信するように構成された回路、 を含むことを特徴とする光通信ネットワーク。
  30. 30
    第2の表面は装置ラックの上にある、ことを特徴とする請求項29に記載の光通信ネットワーク。
  31. 31
    目に安全な自由空間光通信システムであって、 データを運ぶレーザービームを放出するレーザーエミッタクラスタ、および、 第1の面と第2の面を有する透明な平面として形作られた光学素子を含み、 光学素子は、第1の面でレーザービームを受け取るように、および、目に安全なレベルまでレーザービームの出力密度を低下させるのに十分な第2の面の領域にわたって、レーザービームの出力を広げるように構成される、ことを特徴とする光通信システム。
  32. 32
    光学素子はテーブルトップ上またはテーブルトップ内にある、ことを特徴とする請求項31に記載の光通信システム。
  33. 33
    光学素子からの出力は、幅広のビームのデータを1以上の受信機に送る、ことを特徴とする請求項31に記載の光通信システム。
  34. 34
    光学素子は、壁または天井に、あるいは、壁または天井の中に取り付けられる、ことを特徴とする請求項31に記載の光通信システム。
  35. 35
    受信機につなげられた光学フィルタをさらに含む、ことを特徴とする請求項31に記載の光通信システム。
  36. 36
    エミッタは偏光しており、光学フィルタは偏光している、ことを特徴とする請求項31に記載の光通信システム。
  37. 37
    エミッタに関連付けられる波長の送信をブロックする窓のフィルタをさらに含む、ことを特徴とする請求項31に記載の光通信システム。
  38. 38
    情報の第1のチャネルと第1の信号強度に関連付けられる第1の検出器、 情報の第2のチャネルと第2の信号強度に関連付けられる第2の検出器、および、 第1の信号強度と第2の信号強度に基づいて、情報の第1のチャネルまたは情報の第2のチャネルを選択するように構成された回路、をさらに含むことを特徴とする請求項30に記載の光通信システム。
  39. 39
    目に安全な自由空間光通信システムであって、 データを運ぶレーザービームを放出するレーザーエミッタクラスタ、 レーザービームを受け取るように、および、目に安全なレベルまでレーザービームの出力密度を低下させるのに十分な領域にわたって広げられる放散したレーザービームを形成するように構成された送信機、および、 送信機の上に設置される保護カバーを含むことを特徴とする光通信システム。
  40. 40
    保護素子はテーブルトップ上に、または、テーブルトップ内にある、ことを特徴とする請求項39に記載の光通信システム。
  41. 41
    放散したレーザービームを受け取るための1以上の受信機をさらに含み、 放散したレーザービームは1以上の受信機に幅広のビームのデータを送る、ことを特徴とする請求項39に記載の光通信システム。
  42. 42
    保護素子は壁または天井に、あるいは、壁または天井の中に取り付けられる、ことを特徴とする請求項39に記載の光通信システム。
  43. 43
    受信機につながれた光学フィルタをさらに含む、ことを特徴とする請求項39に記載の光通信システム。
  44. 44
    エミッタは偏光しており、光学フィルタは偏光している、ことを特徴とする請求項43に記載の光通信システム。
  45. 45
    エミッタに関連付けられる波長の送信をブロックする窓のフィルタをさらに含む、ことを特徴とする請求項39に記載の光通信システム。
  46. 46
    モバイルデバイスのための自由空間光通信受信機システムであって、 エミッタクラスタからレーザービームを受け取り、および、目に安全なレベルまでレーザービームの出力密度を低下させるのに十分な領域にわたって放散した放散レーザービームを形成した、送信機からのデータを運ぶ放散したレーザービームを受け取るための受信機を含む、ことを特徴とする受信機システム。
  47. 47
    放散したレーザービームは幅広のビームのデータを受信機に送る、ことを特徴とする請求項46に記載の受信機システム。
  48. 48
    受信機につながれた光学フィルタをさらに含む、ことを特徴とする請求項46に記載の受信機システム。
  49. 49
    エミッタクラスタは偏光しており、光学フィルタは偏光している、ことを特徴とする請求項48に記載の受信機システム。
  50. 50
    光スイッチデバイスであって、 第1のレーザービームを放出するレーザーエミッタの第1のクラスタ、 第2のレーザービームを放出するレーザーエミッタの第2のクラスタ、 第1のチャネルにつながれた第1の光学素子、 第2のチャネルにつながれた第2の光学素子、 第1のレーザービームを受け取るように、および、第1の光学素子に向けられたビームを出力するように構成されたレンズ、 第2のレーザービームを受け取るように、および、第2の光学素子に向けられたビームを出力するように構成されたレンズ、および、 第1のチャネルに送信されるデータに基づいてレーザーエミッタの第1のクラスタを駆動させるように、および、第2のチャネルに送信されるデータに基づいてレーザーエミッタの第2のクラスタを駆動させるように構成された回路、を含むことを特徴とする光スイッチデバイス。
  51. 51
    単一のレンズは、第1のレーザービームを受け取るように構成されたレンズと、第2のレーザービームを受け取るように構成されたレンズを含む、ことを特徴とする請求項50に記載の光スイッチデバイス。
  52. 52
    1以上の追加の光学素子をさらに含む、ことを特徴とする請求項50に記載の光スイッチデバイス。
  53. 53
    1以上の追加の光学素子が、拡散体、ミラー、およびMEMSデバイスの少なくとも1つを含む、ことを特徴とする請求項50に記載の光スイッチデバイス。
Independent claims53