JP7706460B2 - 光データ転送 - Google Patents

Description

技術分野
[001] 本開示は、概して、光データ転送に関する。

背景
[002] 光導波路は、全内部反射を介してビームを誘導することができる光学コンポーネントの形態である。導波路は、広範な「モード」（すなわち所定のチャネルに対する導波路を通した空間経路であり、例えば異なる伝播方向に対応する）をサポートするのに十分な物理的次元を有するという意味で「マルチモード」であり得る。これは、その目的が、ファイバに入る光を本質的に単一の伝播モードに制限することである、光ファイバシステムで使用される細い光ファイバなどの単純なシングルモード光導波路とは対照的である。シングルモード光導波路は、振幅、位相又は周波数変調を使用してデータを搬送することのみができるが、マルチモード光導波路は、導波路内での角度変動を介することにより、より多くのデータ（例えば、潜在的には数百万ピクセルの画像全体）を搬送することができる。別の言い方をすれば、マルチモード導波路は、任意の所定のチャネルに対する、エミッタから検出器までの導波路を通した複数の光学経路（異なる経路は、異なる伝播モードに対応する）を提供することにより、角度及び／又は空間ダイバーシティを増加させることを通してより大きい帯域幅を提供する。

[003] マルチモード導波路は、より一般的には、例えば頭部装着型ディスプレイ（ＨＭＤ）及び導波路ベースのディスプレイシステムで使用される。これに関連して、マルチモード導波路は、典型的には、ディスプレイ又は光学エンジンからユーザの眼に画像を運ぶものであり、眼の光学系によって画像が再構築され、従って人間のユーザが知覚できるような形態のものである。ビーム拡大を提供し、眼によってオリジナル画像を再構築できるように、導波路に出入りするビームがオリジナル画像を保存することを保証するため、分化光学系が使用され得る。

概要
[004] この概要は、選択された概念を簡略化して紹介するために提供され、それらの概念は、以下の詳細な説明でさらに説明される。この概要は、特許請求される主題の重要な特徴又は本質的な特徴を特定することを意図するものでも、特許請求される主題の範囲を限定するために使用することを意図するものでもない。また、特許請求される主題は、本明細書で記述される欠点のいずれか又はすべてを解決する実装形態に限定されるものでもない。

[005] 本明細書の第１の態様は、光データ転送システムを提供する。ビーム変調器は、入力ビームにデータのセットを埋め込むように構成される。マルチモード光導波路ネットワークは、入力ビームを受信するためのインカップリング領域を有する。マルチモード光導波路ネットワークは、マルチモード光導波路ネットワークのアウトカップリング領域に入力ビームを誘導するように構成される。空間コヒーレント検出器は、複数の場所で出力光場の位相及び振幅を測定するように構成される。出力光場は、入力ビームによって少なくとも部分的に画定され、従って、ビームがマルチモード導波路ネットワークを通過することによって生じる歪み効果を呈する。少なくとも１つのプロセッサは、空間コヒーレント検出器に結合され、空間コヒーレント検出器の出力に信号処理を適用して、前記歪み効果を補償し、それにより空間コヒーレント検出器の出力から、入力ビームに埋め込まれたデータのセットを回復するように構成される。

[006] これは、潜在的に大量のデータを並行して（例えば、数百万ピクセルの画像）及び潜在的に複雑な導波路ネットワークを用いて（例えば、空間多重化を提供するため）転送する能力から、光データ転送容量を著しく増加させるという利点を有する。コヒーレント検出の使用により、より効果的な歪み補償を出力光場の測定位相及び振幅に適用できるため、これは、導波路歪みに適切なレジリエンスを提供することによって実行可能になる。本導波路ネットワークの適用例の１つは、ホログラフィックデータ記憶／回収システムにおいて、ホログラフィック記録媒体に／ホログラフィック記録媒体からビームを運ぶことである。これに関連して、導波路のマルチモード能力は、例えば、画像全体を同時に読み取る／書き込むために使用することができ、空間コヒーレント検出器の出力における導波路歪みを効果的に補償する能力により、システムの容量及びロバスト性が増大する。

[007] 他の例は、データがビームに埋め込まれ、その後、回復される、マルチモード導波路を使用する光通信又は光演算及び他の任意の光データ転送状況を含む。

図の簡単な説明
[008] 本開示のよりよい理解のため及び本開示の実施形態がどのように実施され得るかを示すため、単なる例として以下の図を参照する。

[009]ホログラフィック記録媒体の概略斜視図を示す。 [009]ホログラフィック記録媒体の概略斜視図を示す。 [010]媒体にわたる空間多重化を提供するため、ホログラフィック記録媒体の異なるサブボリュームに／異なるサブボリュームからビームを誘導するために使用することができる導波路の組を含むホログラフィック記憶システムの概略斜視図を示す。 [010]書き込み期間中のシステムの平面図を示す。 [010]書き込み期間中のシステムの一方側の側面図を示す。 [010]書き込み期間中のシステムの一方側の側面図を示す。 [010]読み取り期間中の平面図を示す。 [010]読み取り期間中の一方側の側面図を示す。 [010]読み取り期間中の一方側の側面図を示す。 [011]ある構成のアクティブライトパイプの概略側面図を示す。 [011]ある構成のアクティブライトパイプの概略側面図を示す。 [011]ある構成のアクティブライトパイプの概略側面図を示す。 [011]ある構成のアクティブライトパイプの概略側面図を示す。 [011]アクティブライトパイプの平面（断面）図を示す。 [011]アクティブライトパイプの平面（断面）図を示す。 [012]光導波路ネットワーク（その一部）の一方側の側面図を示す。 [012]光導波路ネットワーク（その一部）の一方側の側面図を示す。 [013]ホログラフィック記憶媒体の複数のピースにわたって多重化するために使用される多重導波路ネットワークの例の概略図を示す。 [014]ホログラフィック記憶システムにおいて入力及び参照ビームを提供するためのエミッタシステムの例を示す。 [014]光学系が簡略化されたエミッタシステムの変形形態を示す。 [015]空間コヒーレント検出を使用して出力ビームの光場を測定し、信号処理を使用して測定された光場における導波路歪みを軽減するデータ回収システムの例を示す。 [016]ホログラフィック記憶システム内で行われる機能を示す機能ブロック図を示す。 [017]少なくとも１つの導波路ネットワークを使用して、ホログラフィック記録媒体のスラブにわたって二次元で空間多重化する、代替のホログラフィック記憶システムを示す。 [018]パッシブ誘導要素を用いて空間多重化をどのように達成できるかを示し、空間多重化は、ビーム特性を変調することによって達成される。 [018]パッシブ誘導要素を用いて空間多重化をどのように達成できるかを示し、空間多重化は、ビーム特性を変調することによって達成される。 [019]異なる周波数応答を有するパッシブ光フィルタを備えたライトパイプを示す。 [019]異なる周波数応答を有するパッシブ光フィルタを備えたライトパイプを示す。 [020]３つの階層レベルを有する導波路ネットワークの例を示す。

実施形態の例の詳細な説明
[021] 本明細書で教示される導波路ネットワークの適用例の１つは、ホログラフィック記憶装置である。ホログラフィック記憶装置は、コンピュータ記憶装置の形態であり、媒体を光パターンにさらすことによって感光性ホログラフィック記録媒体に情報が記録される。例えば、媒体の領域（サブボリューム）は、データのセットが埋め込まれた入力ビームと参照ビームとの干渉によって生じる光干渉パターンにさらすことができる。ビームは、例えば、単一のレーザ及びビームスプリッタを使用して生成されるレーザビームであり得る。入力ビームにデータのセットを埋め込むため、空間光変調（ＳＬＭ）を使用することができる（例えば、データのセットを符号化した画像を空間変調して入力ビームに埋め込むことができる）。誤解を避けるため、本明細書では、「光」、「光学」及び同様の用語は、可視光に限定されない。ホログラフィック記憶装置は、例えば、電磁スペクトルの非可視部分内の赤外線又は紫外線ビームを使用して実装することができる。

[022] 十分なビーム出力及び露光時間により、光干渉パターンは、サブボリューム内において持続的な状態変化をもたらす（この時点では、干渉パターンは、本明細書において、サブボリュームに持続的に記録されるか又は書き込まれると言われる）。サブボリュームの状態変化は、その後の時点において、実質的に整合する参照ビームにサブボリュームがさらされ次第、整合する参照ビームとサブボリュームとの間の相互作用により、入力ビームに元々埋め込まれたデータのセットを出力ビームから回復できる（これは、本明細書では、記録されたパターンを読み取ることと呼ばれ得る）という意味において、オリジナル入力ビームと本質的に整合する出力ビームが生成されるようなものである。

[023] 個々のビットを離散単位として記憶するのではなく、単一の干渉パターンは、多く（例えば、数百万）のビットを符号化することができる。例えば、データのセットは、入力ビームに埋め込まれたメガピクセル画像であり得る。その上、ホログラフィック記録媒体のある形態の感度を参照ビームの角度の小さい変化に利用することにより、多く（例えば、数百又は数千）のそのようなパターンを同じサブボリュームに記録することが可能である。そのような媒体の場合、所定の角度の参照ビームで干渉パターンが生成されると、記録されたパターンは、それを生成するために元々使用された参照ビームと厳密に整合する参照ビームを使用することによってのみ読み取ることができる。この効果は、異なる参照ビーム角度で同じサブボリュームに複数のパターンを記録する（異なるデータのセットを符号化する）ために利用することができる。理論的には、データ記憶容量は、ビームの波長によってのみ制限され、潜在的には赤色光の場合には１立方ミリメートルあたり数百メガバイトであり、紫外線の場合には数十ギガバイトである。実際には、他の制限要因があり得るが、それにもかかわらず、高密度データ記憶の大きい可能性がある。

[024] 機械的動作の必要性を低減又は排除する方法で１つ又は複数のホログラフィック記憶媒体にわたる空間多重化を達成するため、「アクティブ」ライトパイプ、「パッシブ」ライトパイプ又はアクティブライトパイプとパッシブライトパイプとの組合せを使用することができる。「導波路」及び「ライトパイプ」という用語は、本明細書では、互いに交換可能に使用されることに留意されたい。

[025] 「アクティブライトパイプ」は、導波路の表面又は導波路のバルク内に取り付けられた１つ又は複数のアクティブスイッチング要素又は他の誘導要素を有する導波路を指し、従って、「１対多数」光伝達（すなわち、第１の表面領域から、複数の可能な第２の表面領域の１つに光が誘導される（この場合、第１の表面領域は、インカップリング領域となり、第２の領域は、アウトカップリング領域となる））、又は「多数対１」光転送（すなわち第２の表面領域のいずれか１つ（ここでは、インカップリング領域となる）から、同じ第１の表面領域（ここでは、アウトカップリング領域となる）に光が誘導される）を引き起こすように構成可能である（すなわち変更可能な光学特性を有する）。「パッシブライトパイプ」という用語は、異なる光感度（例えば、異なる波長及び／又は偏光感度）を有する誘導要素を備えたライトパイプを指し、代わりに光学特性又はビームを変化させる（例えば、調節可能なレーザを使用して、例えば異なる波長／偏光応答などを有する誘導要素によって異なるルートに沿って誘導されるようにその波長、偏光などを変化させる）ことにより、同様の効果を達成することができる。「パッシブ光誘導」という用語は、単なる便利なラベルであり、この事例では、誘導要素がアクティブである必要はないという事実と合致するが、しかし、これに関連して、異なる光感度（例えば、異なる波長及び／又は偏光感度など）を有する、アクティブ誘導要素又はパッシブ誘導要素を使用することができる（すなわち、誘導要素は、アクティブ、且つ、異なる光感度を有するものであり得る）。

[026] デジタル画像（又はデジタル画像として符号化されたデータ）は、アクティブ又はパッシブライトパイプに沿ってビームとして伝播することができる。アクティブライトパイプの誘導要素は、入射光ビームを透過又は反射するように個別に制御されることができる。

[027] そのようなライトパイプ（アクティブ、パッシブ又はその両方のタイプの組合せ）の多くは、様々なジオメトリで組み合わせて、１つ又は複数の空間次元において、多くのアドレス指定可能な場所の１つにビーム及び画像を操作するために使用することができるスイッチングネットワークを作成することができる。ライトパイプへの入力は、空間光変調器（ＳＬＭ）を使用して生成することができ、出力は、例えば、ＣＣＤ（電荷結合素子）において読み取られる。位相干渉及びノイズは、光学技法と演算技法との組合せ（機械学習技術法を含む）を使用して補正することができ、訓練データからの１つ又は複数の信号処理パラメータの学習を伴うことになるであろう。ある実施形態は、そのような技法と組み合わせてコヒーレント検出を使用して、より効果的な導波路歪み軽減を提供する。

[028] 光データ通信において従来使用される種類の光スイッチ及びファイバとは対照的に、説明される実施形態は、画像全体を一度に転送することができるライトパイプを使用する。これは、ＳＬＭ及びデジタルカメラなど、現在利用可能な高分解能の光学デバイスを利用する。これらのデバイスは、何百万ものピクセルを有し、何メガバイトものデータの符号化及び復号を可能にする。これにより、ＳＬＭ、カメラ及びアクティブライトパイプ要素（アクティブライトパイプの場合）又はビーム光学特性（パッシブライトパイプの場合）の控えめなスイッチングレートでさえ、高帯域幅伝送が可能になる。加えて、ホログラフィック記憶装置などの適用には、複数のビーム間の干渉が必要とされ、複数のビームの少なくとも１つは、画像で変調される。ホログラフィック記憶装置では、アクティブライトパイプを使用して、ビーム及び画像を効率的に操作し、ホログラフィック記憶媒体の任意の所望の場所で干渉するようにすることができる。記述されるように、より単純な利点は、パッシブライトパイプで達成することができ、パッシブライトパイプでは、代わりにエミッタ段階で切り替えが適用される。

[029] 以下で説明されるライトパイプは、広範な「モード」（すなわち所定のチャネルに対する導波路を通した空間経路であり、例えば異なる伝播方向に対応する）をサポートするのに十分な物理的次元を有するという意味で「マルチモード」導波路である。これは、その目的が、ファイバに入る光を本質的に単一の伝播モードに制限することである、光ファイバシステムで使用される細い光ファイバなどの単純なシングルモード光導波路とは対照的である。シングルモード光導波路は、振幅、位相又は周波数変調を使用してデータを搬送することのみができるが、マルチモード光導波路は、導波路内での角度変動を介することにより、より多くのデータ（例えば、潜在的には数百万ピクセルの画像全体）を搬送することができる。別の言い方をすれば、マルチモード導波路は、任意の所定のチャネルに対する、エミッタから検出器までの導波路を通した複数の光学経路（異なる経路は、異なる伝播モードに対応する）を提供することにより、角度及び／又は空間ダイバーシティの増加を通してより大きい帯域幅を提供する。

[030] 本明細書で開示される別の態様は、媒体と導波路ネットワークとの間の相対的ないかなる機械的動作も必要とすることなく、１つ又は複数の導波路ネットワークを使用して、ホログラフィック記録媒体にわたって空間多重化する（すなわち媒体の異なるサブボリュームからの読み取り／異なるサブボリュームへの書き込みを行う）、ホログラフィックデータ記憶システムである。そのようなシステムの例は、以下に説明されており、アクティブ及び／又はパッシブライトパイプを活用するものである。説明される例では、マルチモード導波路は、ホログラフィック記録媒体に／ホログラフィック記録媒体から同時にデジタル画像全体を運ぶか、又は複数の可能な角度の１つで参照ビームを運ぶために使用することができる。

[031] しかし、本明細書で教示される光導波路ネットワークは、それらの適用において、ホログラフィック記憶装置に限定されない。他の適用は、例えば、光通信及び光演算を含む。

アクティブライトパイプ：
[032] 図３Ａ～Ｄは、特定の物理構造を有するアクティブライトパイプ３００の形態の例の概略側面図を示す。理解されるように、これは、所望の光学的構成可能性を提供することができる適切な物理構造の単なる一例である。さらなる例については、以下で考慮する。

[033] アクティブライトパイプ３００は、少なくとも第１の表面領域３００－０と、表面にあるか又はボリューム埋め込み型であり得る、切り替え可能ブラッググレーティング（ＳＢＧ）の形態の複数のアクティブスイッチとを有するように示されている。この例では、２つのそのようなＳＢＧ ３００－１、３００－２が導波路３００の第１の表面３００－Ｓ１に示されているが、より多くのＳＢＧを導波路３００の表面３００－Ｓ１の適切な場所に配置できること及び／又は導波路３００のバルク内に埋め込めることが理解されるであろう。各ＳＢＧ ３００－１、３００－２は、入射ビームを透過又は反射するために、その反射／透過特性が変化するように個別に制御することができる。ＳＢＧ ３００－１、３００－２は、アクティブライトパイプ３００のそれぞれの表面領域を形成し、その領域では、光は、導波路３００がどのように使用されるかに応じて、導波路３００に入る（インカップリング）か又は導波路３００を出る（アウトカップリング）ことができる。

[034] 第１の表面領域３００－０は、導波路３００の端部領域であり、そこから導波路の第１の側面３００－Ｓ１が導波路３００の軸３０１に沿って延在する。

[035] 図３Ｅ及び図３Ｆは、それぞれ導波路３００の断面図を示し、この例では長方形の形状の断面を有し、４つの側面３００－Ｓ１、３００－Ｓ２、３００－Ｓ３、３００－Ｓ４が導波路３００の軸３０１に沿って延在することが分かる。この例では、図に描写されるように、ＳＢＧ ３００－１、３００－２は、すべて第１の側面３００－Ｓ１に沿って位置するが、一般的には、そのようなＳＢＧは、用途に応じて、導波路３００の複数の表面に取り付けることができる。

[036] ＳＢＧ ３００－１、３００－２は、導波路の第１の側面３００－Ｓ１に沿って、第１の領域３００－０から距離が増えるように位置し、第１のＳＢＧ ３００－１は、第１の領域３００－０の最も近くに位置する。

[037] 図３Ａ、図３Ｂ及び図３Ｅは、「１対多数」の使用事例を描写し、第１の表面領域３００－０は、インカップリング領域となり、ＳＢＧの第２の表面領域３００－１、３００－２は、アウトカップリング領域となる。例として、図３は、インカップリング領域３００－０を介して導波路３００に取り込まれる第１の光線３０４を示す。この例では、第１の表面領域３００－０は、側面３００－Ｓ１、．．．、３００－Ｓ４に対して角度が設けられており、それにより、第１の光線３０４は、導波路３００内の側面３００－Ｓ１、．．．、３００－Ｓ４の各々で全内部反射を達成するのに十分な角度において、第１の表面領域３００－０を通過して導波路３００のバルク内に入る。

[038] ＳＢＧ ３００－１、３００－２の各々は、反射状態と透過状態との間で変化するように構成可能である。図３Ａは、第１のＳＢＧ ３００－１が反射状態にあり、入射光線３０４が第１のＳＢＧ ３００－１に反射されて導波路３００内に戻り、第２のＳＢＧ ３００－２に到達するまで導波路３００に沿って誘導される構成を示す。ＳＢＧ ３００－２は、透過状態で示されており、光線３０４は、第２のＳＢＧ ３００－２を介して導波路３００外に回折し、それにより第２のＳＢＧ ３００－２の表面領域を介して導波路３００から取り出される。このＳＢＧ ３００－１、３００－２の構成により、第１の表面領域３００－０と第２のＳＢＧ ３００－２の表面領域との間において、導波路３００を通した「チャネル」が作成される。

[039] 対照的に、図３Ｂは、第１のＳＢＧ ３００－１が透過状態にあることを示す。従って、第１の光線３０４は、第１のＳＢＧ ３００－１に到達次第、代わりに第１のＳＢＧ ３００－１を介して導波路３００外に回折し、それにより代わりに第１のＳＢＧ ３００－１の表面領域を介して導波路３００から取り出される。この構成により、第１の表面領域３００－０と第１のＳＢＧ ３００－１の表面領域との間において、導波路３００を通したチャネルが作成される。

[040] この方法では、第１の領域３００－０から、ＳＢＧ ３００－１又は３００－２の表面領域において導波路３００外に出るまで、導波路３００を通して第１の光線３０４を誘導することが可能である。簡略化のため、ＳＢＧ ３００－１、３００－２について２つのみ関係付けて説明されているが、より多くのＳＢＧで同じ原理を適用できることが理解されるであろう。

[041] 図３Ｅは、断面で見た場合、ＴＩＲを介して、第１の光線３０４の角度に応じて、側面３００－Ｓ１、．．．、３００－Ｓ４のいくつか又はすべてから第１の光線３０４がどのように伝播し得るかを示す。

[042] 図３Ｃ、３Ｄ及び３Ｆに描写されるように、多数対１光転送に対して、描写されるアクティブライトパイプ３００を使用することも同じように実行可能である。

[043] 図３Ｃは、図３Ａと同じＳＢＧの構成を示す。唯一の違いは、導波路３００の使用方法であり、ここでは、外部の供給源（図示せず）から第２のＳＢＧ ３００－２に入射する第２の光線３０８が示されている。第２のＳＢＧが透過状態にあることで、第２の光線３０８は、第２のＳＢＧ（ここでは、その表面領域においてインカップリングを提供する）を介して導波路３００内に回折し、そこから導波路３００を通して第１の表面領域３００－０（ここでは、アウトカップリング領域）に誘導される。これは、ここでは反射状態にある第１のＳＢＧ ３００－１からの反射を含む。第１のＳＢＧ ３００－１の反射状態は、光線３０８が第１のＳＢＧ ３００－１を介して導波路を出ることを防ぐ。その上、偶然にも第１のＳＢＧ ３００－１に入射しそうな外部光線３０９は、本質的には第１のＳＢＧ ３００－１から離れる方向に反射し、従って導波路３００に入らない。

[044] 図３Ｄは、図３Ｂと同じ構成を示すが、ここでは、第２の光線３０８が、外部の供給源から第１のＳＢＧ ３００－１に入射する。第１のＳＢＧ ３００－１が透過状態にあることで、第２の光線３０８は、回折によってその場所で導波路３００に入り、第１の表面領域３００－０に誘導される。

[045] 図３Ｆは、断面において第２の光線３０８が導波路３００内でどのように伝播し得るかを示し、図３Ｅと同じ説明が当てはまるが、光線の方向が逆である。

[046] 上述の説明は、透過／反射状態におけるＳＢＧの完全な反射率／透過率を想定している。理解されるように、これは、実際には絶対条件ではなく、より一般的には、システムは、ＳＢＧ ３００－１、３００－２及び導波路３００の不完全性に対するある程度の許容範囲を有する。導波路３００内に導入される歪みを補償するための適切な信号処理技法については、後に説明する。

[047] ＳＢＧ ３００－１、３００－２は、別々の要素として描写されているが、事実上、単一の大きいＳＢＧの別々に独立して制御可能な領域が、第１の側面３００－Ｓ１の全体又は大半にわたって延在し得る。

[048] ＳＢＧは、アクティブスイッチング要素の可能な形態の１つにすぎない。例えば、偏光ビームでは、導波路３００の表面に取り付けられるか又は導波路のバルク内に埋め込まれる制御可能な偏光フィルタを使用して、同じ効果を実現することができる。ＳＢＧ及び制御可能な偏光フィルタは、非機械的なアクティブスイッチの例であり、非機械的効果を介して導波路３００の光学特性を変化させることができる。誘導要素の他の例は、マイクロミラーデバイスなどの制御可能なミラー又は他の微小電気機械システム（ＭＥＭ）を含み、微小電気機械システム（ＭＥＭ）は、機械誘導要素の例である。

[049] 誘導要素として偏光フィルタを使用する際、ＳＢＧ ３００－１、３００－２は、パッシブ回折素子に置き換えることができ、偏光フィルタは、回折素子を再構成する必要なく、必要に応じて制御可能な方法で、パッシブ回折素子に又はパッシブ回折素子から離れる方向にビームを誘導するように動作する。

[050] それらの誘導要素自体が機械的であっても、依然として導波路３００の全体としての機械的動作の必要性が回避されることに留意されたい。

アクティブライトパイプネットワーク
[051] 本明細書では、「導波路ネットワーク」は、単一の導波路又は複数の相互結合された導波路ネットワークの形態を取ることができる。複数のアクティブライトパイプを備える導波路ネットワークは、柔軟な光データ転送の点において特定の利点を有する。

[052] 図４Ａ及び図４Ｂは、第１及び第２のアクティブライトパイプ４００、４２０を含む導波路ネットワーク（その一部）の一方側の側面図を示す。第２のライトパイプ４２０は、第１の表面領域４００－０を介して第２の導波路４２０からビームを受信するか、又は第２の導波路４２０にビームを誘導するために、第１のライトパイプ４００の対応する表面領域に隣接して位置合わせされるように位置する第１の表面領域４２０－０を有する。純粋に例として、光線４０４は、第１の導波路４００を通して、第１の導波路４００の対応する表面領域に伝播するように示されており、第１の導波路４００の対応する表面領域は、第２の導波路４２０の第１の表面領域４２０－０に隣接して存在する。光線４０４は、第１の導波路４００の隣接する表面領域に取り付けられたＳＢＧ ４００－１を介して第１の導波路４００から取り出され、第１の表面領域４００－０を介して第２の導波路４２０に取り込まれる。そこから、光線４０４は、１対多数の方式において第２の導波路４２０の複数のＳＢＧ ４２０－１、４２０－２のいずれか１つに誘導することができる。多数対１の方式において、光線の方向を逆にして、第２の導波路４２０から第１の導波路４００へと他の方向にビームを誘導するためにも同じ配置を使用することができる。

[053] この例は、２つの相互結合された導波路４００、４２０を考慮しているが、導波路ネットワークを通して柔軟なデータルーティングを可能にするために、より多くの相互結合された導波路に原理を適用することができる。

[054] より一般的には、媒体の表面領域は、別の方法で導波路の対応する表面領域に光学的に結合することができ、例えば、エアインタフェース又は１つ若しくは複数の他の光学コンポーネント（それら自体が導波路であり得、アクティブ若しくはパッシブスイッチング機能性を提供しても又はしなくてもよい）を介する方法が挙げられる。

ホログラフィック記憶装置
[055] ここでは、ホログラフィック記憶装置へのアクティブライトパイプの適用について説明する。

[056] 図１Ａ及び図１Ｂは、ホログラフィック記録媒体１０２（簡潔にするため、単に媒体１０２と呼ぶことができる）内で具体化される「ホログラム」として光パターンを持続的に記憶することができる比較的厚い感光性材料のボリュームである、ホログラフィック記録媒体１０２の概略斜視図を示す。ホログラムは、サブボリューム１１０内で持続的な状態変化が生じるように、媒体１０２のそのサブボリューム１１０（領域）を光パターンにさらすことによって生成される。その状態変化によってサブボリューム１１０で生成されたホログラムは、媒体１０２への光パターンを記録し、その後の時点でそこから光パターンを再現することができる。ホログラムは、生成された時点において、それを維持するために媒体１０２が電力を必要としないという点で持続的なものである。媒体１０２の組成及び構造は、ホログラムが一度生成されると消去できないようなもの（従って、「ライトワンスリードメニー」（ＷＯＲＭ）記憶装置の形態を提供する）又はホログラムの消去及び置換が可能であるようなもの（しかし、消去されない限り及び消去されるまで持続する）であり得る。

[057] 単一のホログラムは、非常に多く（例えば、数百万）のビットを符号化する光パターンを記録することができ、それにより非常に大量のデータを並行して（同時に）ホログラフィック記録媒体１０２に書き込むこと／ホログラフィック記録媒体１０２から読み取ることができる。ホログラフィック記憶装置の別の利点は、多くのホログラムをホログラフィック記録媒体１０２の同じサブボリューム１１０に書き込めることであり、それによりホログラフィック記録媒体１０２の単位ボリュームあたりのデータ記憶容量が大幅に増大する。

[058] より詳細には、図１Ａは、媒体１０２にデータのセットを書き込むために、媒体１０２の第１及び第２の側面１０２－４、１０２－６のそれぞれを介して入力ビーム１０４及び参照ビーム１０６がどのようにサブボリューム１１０に向けられるかを示す。これにより、入力ビーム１０４と参照ビーム１０６との間の干渉によって生じる干渉パターンの形態の光パターンが生成される。ビーム１０４、１０６が十分な出力を有し、及びサブボリューム１１０が十分な持続時間にわたって露光される場合、干渉するビーム１０４、１０６によって生成された干渉パターンは、ホログラムとしてサブボリューム１１０内に持続的に記録されることになる。以下に説明されるように、データのセットは、入力ビーム１０４に埋め込まれ、結果として得られたホログラムから回復することができる。このように、符号化されたデータのセットは、サブボリューム１１０に書き込まれる。以下の例では、データのセットは、デジタル画像として符号化され、次いで空間変調を介して入力ビーム１０４に埋め込まれる。

[059] 図１Ｂに示されるように、サブボリューム１１０からデータを読み取るために、媒体１０２の第２の側面１０２－６を介して整合参照ビーム１１６がサブボリューム１１０に向けられ、整合参照ビーム１１６は、ホログラムと相互作用して出力ビーム１０８を生成し、出力ビーム１０８は、本質的には、埋め込まれたデータが出力ビーム１０８から回復可能である程度において、ホログラムの書き込みに使用された入力ビーム１０４と整合する。出力ビーム１０８は、媒体１０２の第３の側面１０２－８を介してサブボリューム１１０外に伝播する。

[060] データを読み取るために使用される参照ビーム１１６は、元々データを書き込むために使用された参照ビーム１０６と実質的に整合し、特にオリジナル参照ビーム１０６の角度と厳密に整合する角度（又はより一般的には方向）に向けられる。これは、ホログラムを読み取る（すなわちデータを回復できる出力ビーム１０８を生成する）能力が、ホログラムの書き込みに使用される参照ビーム１０６と、ホログラムの読み取りに使用される参照ビーム１１６との間の角度偏差に対して感度が高いためである。この感度は、同じサブボリューム１１０内に複数のホログラムを記録するために利用でき、各ホログラムは、異なる参照ビーム角度を使用して生成され、２つの全く異なるホログラムを、参照ビーム角度のごくわずかな差を用いて生成することができる。このように、多く（例えば、数百又は数千）のホログラムを同じサブボリューム１１０に書き込むことができ、各々が多く（例えば、数百万）のビットを符号化する。

[061] 図２Ａは、本開示の特定の原理を組み込むホログラフィック記憶システム２００の例の概略斜視図を示す。この特定の例では、入力ビーム１０４、参照ビーム１０６、１１６及び出力ビーム１０８を運ぶために３つの別々の導波路２０４、２０６、２０８が使用され、３つの別々の導波路２０４、２０６、２０８は、個別に入力導波路２０４、参照導波路２０６及び出力導波路２０８と呼ぶことができる。記述されるように、「光導波路」及び「ライトパイプ」という用語は、本明細書では、互いに交換可能に使用される。導波路２０４、２０６、２０８の各々は、ホログラフィック記録媒体１０２内の複数のサブボリュームのいずれか１つに（入力及び参照導波路２０４、２０６の場合）又はホログラフィック記録媒体１０２内の複数のサブボリュームのいずれか１つから（出力導波路２０８の場合）信号を誘導できるという意味で空間多重化を提供する。これにより、ホログラフィック記録媒体１０２に対する導波路２０４、２０６、２０８のいかなる機械的動作も必要とすることなく、ホログラフィック記録媒体１０２のボリュームにわたって空間多重化が提供される。そのような機械的動作の必要性を回避するため、誘導要素は、各導波路２０４、２０６、２０８上又は各導波路２０４、２０６、２０８内に位置し、媒体１０２の異なるサブボリュームに又は媒体１０２の異なるサブボリュームから信号を誘導するために導波路２０４、２０６、２０８の光学特性が変化するように構成可能である。すなわち、必要に応じて、導波路２０４、２０６、２０８内に異なるチャネルを作成するためである。この特定の例では、誘導要素は、アクティブ光学スイッチング要素（スイッチ）の形態を取る。スイッチが取ることのできる形態は、様々である。この例では、スイッチは、図３Ａ～Ｆと同じ一般的な配置において、導波路２０４、２０６、２０８の異なる表面領域に位置するＳＢＧの形態を取る。すなわち、各導波路２０４、２０６、２０８は、アクティブライトパイプの形態を取り、各導波路２０４、２０６、２０８は、図３Ａ～Ｆのアクティブライトパイプ３００と同じ一般的な物理構造を有する。

[062] 各導波路２０４、２０６、２０８は、その第１の表面（すなわちそのＳＢＧが位置する表面）が媒体１０２の異なる側面に隣接するように配置され、それにより、そのＳＢＧは、媒体１０２のその側面に沿って延在する。各導波路２０４、２０６、２０８の第１及び第２のＳＢＧは、参照番号２０４－１、２０４－２、２０６－１、２０６－２、２０８－１、２０８－２によってそれぞれ示され、それらは、すべて上述された方法で構成可能である。さらなるＳＢＧは、参照番号なしで描写され、ＳＢＧの数は、いかなるサイズのホログラフィック記録媒体１０２にも適応するように選択することができる。以下の説明は、簡潔にするため、各導波路２０４、２０６、２０８の第１及び第２のＳＢＧについて言及するが、より多くのＳＢＧにも説明が当てはまることが理解されるであろう。

[063] 図２Ｂ～２Ｄは、１対多数の方式で媒体１０２にデータを書き込むために、入力及び参照導波路２０４、２０６がどのように使用されるかを示す。図２Ｂは、システム２００の概略平面図を示し、図２Ｃ及び図２Ｄは、入力及び参照導波路２０４、２０６がそれぞれ見える一方側の側面図を示す。入力導波路２０４は、上述された方法において、入力導波路２０４のＳＢＧ ２０４－１、２０４－２のいずれか１つを介して媒体１０２の複数のサブボリュームのいずれか１つに入力ビーム１０４を誘導するために使用される。参照導波路２０６は、参照ビーム１０６を同じサブボリュームに同時に誘導するように構成され、そのサブボリュームに書き込まれる所望の干渉パターンが生成される。描写される例では、入力導波路２０４と参照導波路２０６との両方は、ここでは、各導波路２０４、２０６の第２のＳＢＧ ２０４－２、２０６－２のそれぞれを介して、参照番号１１０によって示されるサブボリュームに入力及び参照ビーム１０４、１０６をそれぞれ誘導するように構成される。

[064] 図２Ｅ～図２Ｇは、媒体１０２からデータを読み取るために、参照及び出力導波路２０６、２０８がどのように使用され得るかを示す。図２Ｅは、平面図であり、図２Ｆ及び図２Ｇは、参照及び出力導波路２０６、２０８が見える一方側の側面図を示す。参照導波路２０６は、図２Ｂ～図２Ｄに描写されるものと全く同じ方法で使用されるが、ここでは、ホログラムが読み取られるサブボリューム（この事例ではサブボリューム１１０）に参照ビーム１１６が誘導される。出力導波路２０８は、後続の検出のために、サブボリューム１１０から導波路２０８を通して、結果として得られた出力ビーム１０８を誘導するために１対多数の方式で使用される。

[065] 各サブボリューム１１０は、例えば、任意の側面に沿って測定されるように数ミリメートルの高さ及び幅を有し得、これは、一般的に、１データ「ページ」（例えば、多重化角度）あたり数百万ピクセルを記憶するのに十分であろう。この事例では、サブボリュームのボリュームは、（数百万のピクセル）＊（＃多重化角度の数）を記憶するのに十分である。

[066] 入力導波路２０４及び参照導波路２０６の誘導要素（この例ではＳＢＧ）は、必要に応じて、ビーム源（エミッタシステム）から、読み取られるサブボリューム１１０までの、入力ビーム１０４及び参照ビーム１０６、１１６に対するチャネルを提供するように構成される。ＳＢＧでは、チャネルを作成するために必要に応じて透過又は反射状態にＳＢＧを設定する。同様に、出力導波路２０８の誘導要素（この例でもＳＢＧ）も、読み取られているサブボリューム１１０から検出器までのチャネルを提供するように同様に設定される。追加の文脈を提供するため、これに関して、図５に描写される多重導波路ネットワークを参照して以下でより詳細に説明する。しかし、図５の特定の例と関係付けて説明される原理は、より一般的には、より単純なネットワーク（例えば、単一の導波路）及びより複雑な導波路ネットワークの両方など、他の導波路ネットワークトポロジーにも当てはまる。

[067] 上述されたように、これにより、導波路２０４、２０６、２０８に対する媒体１０２の機械的動作なしで媒体１０２にわたる空間多重化が可能になる。これは、誘導要素がどのような形態を取るにしても（上述されたように、それらの誘導要素自体が機械的又は非機械的でもあり得る）当てはまる。

多重導波路ネットワークを使用するホログラフィック記憶装置
[068] 図５は、図４に示される種類の多重導波路ネットワークを組み込むホログラフィック記憶システムの例を示す。

[069] 入力導波路ネットワークは、複数の第２の入力ライトパイプ２０４Ａ、２０４Ｂ（「子」導波路）が結合される第１の入力ライトパイプ２０３（「親」導波路）を含むように示されている。エミッタシステム５０４からの入力ビーム１０４は、そのインカップリング領域を介して第１の入力導波路２０３に取り込まれ、そこから第２の入力導波路２０４Ａ又は２０４Ｂに誘導されることができる。

[070] 参照導波路ネットワークは、複数の第２の参照導波路２０６Ａ、２０６Ｂが結合される第１の参照導波路２０５を含むように示されている。エミッタシステム５０４からの参照ビーム１０６、１１６は、同様に、第１の参照導波路２０５に取り込まれ、第２の参照導波路２０６Ａ又は２０６Ｂに誘導されることができる。

[071] 出力導波路ネットワークは、複数の第２の出力導波路２０８Ａ、２０８Ｂが結合される第１の出力導波路２０７を含むように示されている。

[072] 描写される配置により、ホログラフィック記憶媒体の複数のピース１０２Ａ、１０２Ｂの異なるサブボリュームに／異なるサブボリュームからビームを向けることができる。

[073] 図５は、入力ビーム１０４、参照ビーム１０６、１１６及び出力ビーム１０８を示すが、サブボリュームは、典型的には、図２Ａ～Ｇを参照して上述された方法で異なる時刻に書き込まれ、及び読み取られるであろうことが理解されるであろう。

[074] 第２の導波路の第１のグループ２０４Ａ、２０６Ａ、２０８Ａ（入力、参照及び出力の１つずつ）は、ホログラフィック記憶媒体の第１のピース１０２Ａ（第１の媒体）の周囲に位置し、第２の導波路の第２のグループ２０４Ｂ、２０６Ｂ、２０８Ｂは、第２のピース１０２Ｂ（第２の媒体）の周囲に位置し、各々は、図２Ａ～Ｇと同じ一般的な配置である。従って、入力及び参照ビーム１０４、１０６、１１６は、最初に、それらのビームを入力及び参照ネットワークの所望の第２の導波路にそれぞれ誘導し、次いで所望の導波路に隣接する媒体ピースの所望のサブボリュームに誘導することにより、いかなる媒体ピース１０２Ａ、１０２Ｂのいかなるサブボリュームにも向けることができる。

[075] 出力導波路ネットワークは、いかなる媒体ピース１０２Ａ、１０２Ｂのいかなるサブボリュームからの出力ビーム１０８も、適用可能な第２の出力導波路２０８Ａ、２０８Ｂから第１の出力導波路２０７に、次いで第１の出力導波路２０７から第１の出力導波路２０７のアウトカップリング領域を介して検出器５０８に誘導するために使用することができる。特定のサブボリュームからの読み取りを行うため、ＳＢＧは、そのサブボリュームから検出器までのチャネルを提供するように構成され、従って、この事例では、ＳＢＧ ２０４Ａ－２及び２０７－１は、透過状態に設定され、出力導波路ネットワークの他のＳＢＧは、検出器５０８までの出力ビーム１０８に対するチャネルを提供するために、必要に応じて反射状態に設定される（例えば、この事例では、第１の出力導波路２０７のＳＢＧ ２０７－２は、導波路２０８Ｂへの出力ビーム１０８の伝播を防ぐために反射状態に設定される）。出力導波路ネットワークの他のＳＢＧは、同じ媒体ピース１０２Ａの他の領域又は異なる媒体ピース１０２Ｂからの不要な光の透過（すなわち「漏れ」）を防ぐために必要な程度で反射するように設定することができる（例えば、この例では、読み取られているサブボリュームに近いＳＢＧ ２０４Ａ－１は、不要な漏れを防ぐために反射するように設定されるように示されている）。

[076] 上述の例では、入力、参照及び出力ビーム１０４、１０６、１１６、１０８に対して３つの別々の導波路ネットワークが使用されているが、これは必ずしも必要であるわけではない。例えば、同じ導波路ネットワークを使用して入力ビーム１０４と参照ビーム１０６、１１６との両方を運び、及び／又は同じ導波路ネットワークを使用して入力ビーム１０４と出力ビーム１０８とを運び、及び／又は同じ導波路ネットワークを使用して出力ビーム１０８と入力ビーム１０４とを運ぶことができる。一般的には、３つの別々のネットワークを有することにより、最適な性能が提供されることが期待されるが、それにもかかわらず、１つ又は２つのみの導波路ネットワークを使用した完全に実行可能な実装形態が存在する。

[077] いずれの図にも描写されていないが、第４の導波路ネットワークを使用して、媒体ピース１０２Ａ、１０２Ｂの残りの側面にビームを運ぶことができる。例えば、第４のネットワークを使用して、そこからのホログラムの消去に少なくとも適している（消去可能なホログラフィック記憶装置の場合）消去ビームを所望のサブボリュームに運ぶことができる。

[078] 図９は、代替の物理構造を示し、図５の個々のピース１０２Ａ、１０２Ｂの代わりに、ホログラフィック媒体１０２の単一の「スラブ」が使用される。入力導波路ネットワークが描写されており、本質的に同じ物理構成を有するが、ここでは、第２の入力導波路２０４Ａ、２０４Ｂは、入力ビーム１０４を同じスラブ１０２の異なるサブボリュームに誘導するように構成される。図５では、第２の入力導波路２０４Ａ、２０４Ｂの各々は、異なる単一の媒体ピース１０２Ａ、１０２Ｂの長さに沿って一次元で多重化を提供するが、図９では、第２の導波路２０４Ａ、２０４Ｂは、ホログラフィック媒体１０２のスラブにわたって二次元で空間多重化を提供する（各導波路は、一次元多重化を個別に提供するが、全体としてスラブ１０２にわたる２次元多重化がある）。

[079] 図９のシステムは、最大で２つの導波路ネットワークに限定される（スラブ１０２の両側に１つずつ）。上述されたように、それでもこれは、複数のビームを運ぶために同じネットワークを使用することができるため、実行可能な配置である。

データ符号化
[080] 図６Ａは、入力ビーム１０４と参照ビーム１０６との両方を提供するエミッタシステム５０４の例を示す。入力ビームは、拡大された空間変調レーザビームである。レーザ６００は、コヒーレントな狭レーザビームを放出し、コヒーレントな狭レーザビームは、ビームスプリッタ６０２を使用して分割される。

[081] ビームスプリッタ６０２からのビームの一部は、参照ビーム１０６として使用される。この例では、制御可能な参照ビームステアリング要素６１２を使用して、所望の角度で参照導波路２０６に入るように参照ビーム１０６が操作される。参照導波路２０６に取り込まれる前に参照ビーム１０６の角度を変更することにより、上述された方法で異なるホログラムを媒体の同じサブボリュームに書き込む／媒体の同じサブボリュームから読み取ることができる。

[082] ビーム角度多重化の代替として又はそれに加えて、参照ビーム１０６、１１６の異なる位相（位相多重化）で複数のパターンを同じサブボリュームに記憶し、及び同じサブボリュームから読み取ることができる。従って、論理アドレスは、特定の参照ビーム角度及び／又は位相特性に対応し得る。参照ビーム角度の変調に関するすべての説明は、位相変調にも同じように当てはまる。

[083] ビームスプリッタ６０２からのビームの他の部分は、ビームエキスパンダ６０４を使用して拡大され、拡大されたビームは、空間光変調器（ＳＬＭ）６０６を通過する。エンコーダ６１０は、符号化されるデータのセットを受信し、デジタル画像としてそのデータのセットを符号化し、次いで、デジタル画像は、ＳＬＭ ６０６を介して変調され、拡大ビームに埋め込まれる。ＳＬＭ ６０６の平面が実質的にフーリエレンズ６０８の焦点面に存在するように位置するインカップリング光学系（この事例では、フーリエレンズ６０８）は、拡大ビームを全く異なる伝播モードに分離するために使用され、この例では、モードは、独自の伝播方向に対応し、ここでは、各モードは、ＳＬＭ ６０６の平面における特定の点に対応する。異なる伝播モードは、入力導波路２０４に取り込まれ、上述された方法でそこから誘導される。インカップリング光学系６０８を用いると、データは、デジタル画像内の点が独自の伝播方向（すなわち入力ビーム１０４の独自の伝播モード）に本質的に対応するという意味において、入力ビーム内で「角度符号化」される。これは、無限遠点と捉えられる遠くのオブジェクトからの光線に類似している。図６Ａの角度符号化された入力ビーム１０４は、「マルチモード」光信号の複数の伝播モード（すなわち異なる方向に伝播する成分）の一例であり、この配置は、角度ダイバーシティの形態を提供する。

[084] 「マルチモード」という用語は、必ずしもそのようなインカップリング光学系６０８の使用を含意するわけではなく、必ずしもすべての画像点が所定の伝播方向に一意的に対応する必要があるわけでもないことに留意されたい。すなわち、マルチモードは、必ずしも伝播モードと画像点／データ点との１対１の対応を含意するわけではない。例えば、図６Ｂは、空間変調ビームが入力導波路２０４に直接取り込まれる代替の実行可能なエミッタシステムを示す。この事例では、依然として複数のモード（すなわち任意の所定のチャネルに対する導波路を通した複数の空間経路）が存在するが、伝播方向と画像点との１対１の対応はなく、場合により画像／データ点とモードとの１対１の対応もない。これにより、ＳＬＭ ６０６の複数のピクセル及び空間コヒーレント検出器５０８の検出器アレイを介するＭＩＭＯ（多入力多出力）転送の形態に基づく空間ダイバーシティの形態が提供される。

データ復号
[085] 図７は、出力ビーム１０８の光場を測定するために使用される空間コヒーレント検出器５０８を示す。従来の「直接検出」とは対照的に、空間コヒーレント検出器５０８は、ピクセル（又はより一般的には検出器要素）のアレイを含み、その各々は、そのピクセルの場所における光場の振幅及び位相の両方（単なる強度ではない）を測定するように構成される。これらは、例えば、空間コヒーレント検出器５０８の局部発振器７１２を使用して測定することができる。従って、ピクセルのアレイは、時間及び空間の両方における光場の位相及び振幅の変動を測定することができ、従って測定された光場のアナログ又はデジタル表現を提供することができる。この事例では、測定される光場は、出力導波路２０８を介して空間コヒーレント検出器５０８に誘導された出力ビーム１０８の光場である。

[086] 単一のアレイのみが描写されているが、事実上、単一の「論理アレイ」として協働する複数の物理アレイが存在し得る。例えば、この論理アレイは、２つの物理カメラにわたって分割することができる。

[087] 物理検出器アレイは、単一のカメラの形態を取ることも（各検出器要素は、カメラのピクセル又はピクセルセットである）、複数のカメラの形態を取ることもできる。極端な事例では、各検出器要素は、別々のカメラであり得、その事例では、論理検出器アレイは、潜在的に、非常に多くの物理検出器にわたって分割することができる。

[088] 記述されるように、ビームが導波路ネットワークに入る特定のインカップリング領域から、ビームが導波路ネットワークを出る特定のアウトカップリング領域までのルート（これらの領域は、同じ又は異なる導波路にあり得る）は、本明細書では、「チャネル」と呼ぶことができる。記述されるように、マルチモード導波路ネットワークでは、単一のチャネルは、複数の空間経路を包含する。出力ビーム１０８は、出力導波路ネットワークの特定のチャネルを介して（すなわちその特定のインカップリング領域から出力導波路２０８のアウトカップリング領域に）誘導されることになる。その上、出力ビーム１０８は、入力導波路ネットワークのインカップリング領域からその特定のアウトカップリング領域に誘導された入力ビームを使用して生成されたホログラムから生成されることになる。ホログラムは、参照導波路ネットワークを通した特定のチャネルを介して同様に誘導された参照ビームを使用して生成され、読み取られることになる。入力ビーム１０４、参照ビーム１０６、１１６及び出力ビーム１０８のすべては、それらが誘導されるチャネルに特有の関連導波路ネットワーク内において歪みの影響を受けやすい。そのような歪みを補償するため、信号処理コンポーネント７００は、アナログ及び／又はデジタル信号処理を測定された場の表現に適用する。信号処理コンポーネント７００は、現在読み取られている（すなわち出力ビーム１０８が生成された）サブボリュームに関連付けられたチャネルモデルを使用してそれを行う。特定のサブボリュームに関連付けられたチャネルモデルは、出力ビーム１０８が検出器５０８まで誘導されているチャネルのみならず、ホログラムの書き込みに使用される入力ビーム１０４がそのサブボリュームまで誘導されたチャネル及びホログラムへの書き込み／読み取りに使用される参照ビーム１０６、１１６がそのサブボリュームまで誘導されたチャネルもモデル化する。

[089] 各チャネルモデルは、例えば、（チャンネルを直接モデル化する）転送関数（transfer function）又は（その近似逆関数でチャネルをモデル化する）逆転送関数の形態を取ることができる。転送関数は、測定された光場の表現（すなわち異なる空間点におけるその測定された位相及び振幅の両方）に適用され、単なる光の強度に適用されるわけではないことに留意されたい。空間コヒーレント検出は、そのようなチャネル歪みを除去又は低減するためのより大きい範囲を提供し、その目的は、オリジナルのデジタル画像を十分に正確に回復し、デコーダ７０４により、回復した画像から、符号化されたデータを容易に復号することである。

[090] 信号処理７００は、例えば、光学技法と演算技法との組合せ（例えば、機械学習技術法を含み得る）を使用して、位相干渉及びノイズを補正することができる。

[091] 学習手法を用いると、エミッタシステム５０４から空間コヒーレント検出器５０８までの経路は、モデル化されるチャネルとして扱われる。チャネルは、チャネル歪み効果を反転させる、学習される関数（逆転送関数など）でモデル化することができる。そのような関数への入力は、空間コヒーレント検出を通して測定された、出力ビームの歪みがある場（位相及び振幅）であり、そのような関数の出力は、入力ビームの歪みがない場（位相及び振幅）である。十分な数の訓練例（すなわち歪みがある出力場とクリーンな入力場との対）が与えられると、この逆関数に近似するようにモデルを訓練することができる（すなわち、歪みがある出力場（位相及び振幅）が入力として与えられる場合、訓練モデルは、オリジナルの入力場をほぼ回復する）。これは、訓練中、歪みがある出力場のその正確な形態にモデルが遭遇しなかった場合にも当てはまり、なぜなら、十分な訓練例の組からそのようなモデルを一般化することができるためである。例えば、出力及び入力場は、畳み込みニューラルネットワーク（ＣＮＮ）の入力及び出力テンソルとして表すことができ、ＣＮＮは、各訓練例に対して、その訓練例の出力テンソル（その訓練例の入力テンソルにＣＮＮを適用することによって生成されるような）と、既知の対応する入力場との差にペナルティを科す損失関数に基づいて訓練することができる。理解されるように、この手法は、ホログラフィック記憶装置においてのみならず、そのような訓練例を収集できることを条件として、出力場が導波路歪みを呈するあらゆる状況においても適用することができる。

[092] ホログラフィック記憶装置に関連して説明されているが、空間コヒーレント検出と組み合わせたそのような信号処理７００の使用は、この点において限定されず、光通信若しくは光演算などの他の文脈、又は受信出力ビームが１つ若しくは複数の導波路ネットワークにおいて導入された歪みの影響を受けやすい他の任意の文脈において適用することができる。

[093] 図７は、図６Ｂのインカップリング光学系６０８の効果を本質的に反転させるように（すなわち、本質的に、各伝播モードを空間コヒーレント検出器５０８の平面内の単一の点に解像するように）配置されたアウトカップリング光学系７１５を示す。この場合にもやはり、これは、必須ではなく、図６Ｂの代替のエミッタシステムを用いることでアウトカップリング光学系７１５を省略することができる。

[094] 図６Ａ又は図６Ｂでは描写されていないが、変調して入力ビーム１０４に埋め込む前に、あるレベルの前処理をデジタル画像に適用することができる。これにより、検出器側で必要な補償レベルを下げることができる。そのような前処理を行ったとしても、異なるチャネル間の異なる歪み効果を説明するために、ある程度の検出器側の処理が適用され得る。

動的スケジューリング
[095] 図８は、上述された種類のホログラフィック記憶システム内の読み取り及び書き込み動作をスケジュールすることができるスケジューラ８００の形態のコントローラを示す。効果的なスケジューリングを容易にするため、媒体１０２内又は各媒体ピース１０２Ａ、１０２Ｂ内のサブボリュームは、一意アドレスを割り当てられる。これにより、より従来の形態のアドレス指定可能な電子記憶装置に類似したアドレス指定可能なホログラフィック記憶装置の形態が提供される。しかし、従来のアドレス指定を上回る多くの特色が存在する。

[096] 第１に、上述されたように、単一のサブボリュームは、異なる参照ビーム角度で複数のホログラムを記憶することができる。これに対応するため、各アドレスは、特定の参照ビーム方向と組み合わせて特定のサブボリュームに一意的に対応し（すなわち、利用可能な各タプルには、一意アドレスが割り当てられる）、媒体１０２内又は媒体ピース１０２Ａ、１０２Ｂのいずれか１つ内の特定のサブボリュームを示し、特定の参照ビーム方向（例えば、ビーム方向を定義する角度又は複数の角度の組であり、「角度」という用語は、参照ビームの方向について言及するための簡潔表現として使用することができるが、方向は、事実上、システムの構成に応じて複数の角度によって定義できることが理解されるであろう）を示す。従って、サブボリュームは、異なる参照ビーム角度に対応する潜在的に多くのアドレスに関連付けることができる。タプルは、論理記憶場所を定義し、異なる参照ビーム角度で同じサブボリュームにより、物理レベルで複数の論理記憶場所が提供される。論理記憶場所の各々は、一意アドレス（ＡＤＤＲ）を有する。この表記は、サブボリューム及び参照ビーム角度に対応するアドレスを意味するための簡潔表現として使用されるが、これは、特定のアドレスの表現を含意しないことが理解されるであろう。この性質の論理記憶場所を一意識別するいかなるアドレス空間及びアドレス指定メカニズムも使用することができる。

[097] 第２に、従来の記憶装置とは対照的に、論理記憶場所の各々は、画像全体を記憶することができ、従って、単一の論理記憶場所は、潜在的に、非常に多く（例えば、数千又は数百万）のビットを記憶することができる。

[098] スケジューラ８００は、論理記憶レベルで動作し、適切な時間間隔内において、異なるアドレスに関する到来した読み取り及び書き込み動作をスケジュールする。

[099] 参照番号８０４、８０６及び８０８は、それぞれ入力、参照及び出力光導波路ネットワークを示すために使用される。上述されたように、各々は、単一導波路ネットワーク又は多重導波路ネットワーク（例えば、図５と同様の）であり得、ホログラフィック記憶媒体の１つのピース（又は複数のピース）の異なるサブボリュームへのチャネルを作成するために使用することができる１つ又は複数の構成可能な誘導要素（例えば、ＳＢＧ又は他のアクティブスイッチング要素）を有する。

[100] 特定のアドレスに関する書き込み動作がスケジュールされる期間（書き込み期間）中、入力及び参照導波路ネットワーク８０４、８０６内の誘導要素は、エミッタシステム５０４から入力及び参照ネットワーク８０４、８０６のそれぞれを通して対応するサブボリュームまでの、入力ビーム１０４及び参照ビーム１０６に対するチャネルを作成するように設定される。加えて、参照ビームステアリング要素６１２は、対応する方向において参照ビーム１０６を参照ネットワーク８０６に向けるように設定される。これにより、サブボリューム内において参照ビーム角度で所望の干渉パターンが生成され、従って、十分に長い持続時間にわたり、サブボリュームが干渉パターンにさらされる場合、その干渉パターンは、ホログラムとして持続的に記憶される。

[101] 特定のアドレスに関する読み取り動作がスケジュールされる期間（読み取り期間）中、参照及び出力ネットワーク８０６、８０８内の誘導要素は、同様に、参照ネットワーク８０６を通してサブボリュームまでの、参照ビーム１１６に対するチャネルを作成し、及びサブボリュームから出力ネットワーク８０８を通して検出器５０８までの、出力ビーム１０８に対するチャネルを作成するように設定される。参照ビームステアリング要素６１２は、同様に、意図するホログラムをサブボリュームにおいて参照ビーム角度で読み取るために、対応する方向において参照ビーム１１６を参照ネットワーク８０６に向けるように設定される。

代替の導波路ネットワーク：
[102] 図１０Ａ及び図１０Ｂは、代わりに、入力及び参照ビーム１０４、１０６、１１６の１つ又は複数の光学特性を変調することによって空間多重化が達成される、代替のシステムを示す。そのようなシステムでは、これまでの図にあったアクティブ（切り替え可能な）誘導要素の代わりに、パッシブ（切り替え不可能な）誘導要素を使用することができる。

[103] 図１０Ａの例は、周波数（又は均等に波長）変調を考慮する。この事例では、ライトパイプ自体（それら自体）がパッシブであり、静的な波長依存性のアウトカップリング（連続ロンガーパスダイクロイック干渉フィルタ又は可変中心波長バンドパスフィルタなど）を有する。

[104] 図１１Ａは、外面１１００－Ｓを有するライトパイプ１１００を示し、外面１１００－Ｓに沿って複数のパッシブフィルタ１１００－１、１１００－２が存在する。ライトパイプ１１００の構成は、フィルタ１１００－１、１１００－２がＳＢＧ ３００－１、３００－２に取って代わるという事実を別として、図３Ａ～Ｄと同じである。フィルタ１１００－１、１１００－２は、異なる周波数応答を有する（すなわち、それらは、周波数フィルタとして動作する）。より具体的には、各フィルタ１１００－１、１１００－２は、本質的に、比較的狭い範囲の光周波数を透過し、その範囲外の周波数に対して本質的に反射する。図１１Ａは、インカップリングビーム１１０４を示し、その周波数は、第２のフィルタ１１００－２の範囲内であるが、第１のフィルタ１１００－１の範囲外である。従って、ビーム１１０４は、第１のフィルタ１１００－１に反射されるが、第２のフィルタ１１００－２を通して透過する（従って、その場所でライトパイプ１１００を出る）。図１１Ｂは、異なる周波数のビーム１１０４’を示し、ここでは、その周波数は、第１のフィルタ１１００－１の範囲内であり、従って第１のフィルタ１１００－１を通して透過する。

[105] そのようなライトパイプ１１００は、上述されたアクティブライトパイプの代わりに使用することができ、上述の説明は、以下のシステムの変更形態にも同じように当てはまる。

[106] 図１０Ａは、入力及び参照ビーム１０４、１０６、１１６の周波数（又は均等に波長）を変化させるためのエミッタシステムのレーザ６００に通信可能に結合されたスケジューラ８００を示す。この事例では、いずれのビームも、周波数を相応に設定することにより、所望のホログラフィック記憶領域に向けることができる。ここでは、異なるビーム周波数は、導波路ネットワークを通した（パッシブフィルタの異なる周波数特性によって定義される）異なるルートに対応し、周波数は、任意の所望のルートに対応するように設定することができる。

[107] この事例では、スイッチング次元として波長が使用される。レーザ６００は、アクティブ要素として機能する高速の調節可能なレーザである。

[108] そのような認識では、切り替えは、一空間次元のみにおけるもの（すなわちシングルパイプに沿ったもの）であり得る。しかし、十分な範囲及び狭い線幅を有するレーザを用いると、第１のライトパイプは、粗く（すなわち比較的広い波長範囲にわたって）フィルタリングし得、後続のライトパイプは、より細かく（すなわちより狭い波長範囲にわたって）サンプリングする。線幅を制限する別の要因は、比較的長いコヒーレンス長に対する要求であり、従って、いかなる事象においても、線幅は、十分に狭くなり得る。ホログラフィック記憶装置に関連して、２次元出力空間にわたるアドレス指定可能な場所への入力場の複製を達成するため、この実装形態は、例えば、異なる切り替え可能なパラメータ（例えば、偏光）を使用する第２の実装形態と組み合わせることができる。

[109] 読み取り動作に関連して、出力ビーム１０８の周波数は、特定のサブボリュームを読み取るために使用される参照ビーム１１６の周波数と整合するものであり、同じ原理を適用して、出力導波路ネットワーク８０８において適切なフィルタを使用して検出器に戻すことができる。

[110] 図１０Ｂは、入力及び参照ビーム１０４、１０６、１１６の偏光を変化させるために使用することができる制御可能な偏光素子６０１を備えるそのような実装形態の例を示す。これは、ライトパイプ上又はライトパイプ内のパッシブ偏光フィルタと組み合わせることができる。これは、図１０Ａの例のパッシブ周波数フィルタの代替として又はそれに加えて実装することができる。そのような偏光変調は、２つの独立したルートを提供し、例えばパッシブ波長フィルタリング及び／又はアクティブライトパイプと組み合わせて役立てることができる。ビームの偏光変調は、アクティブ偏光フィルタと組み合わせることもできる。

[111] 上述された様々な「パッシブ」及び「アクティブ」実装形態は、すべて別々に又は組み合わせて実装できる（例えば、アクティブ誘導要素とパッシブ誘導要素との組合せを使用できる）ことに留意されたい。すなわち、導波路がパッシブ要素とアクティブ要素との両方を有し、及び／又は同じネットワーク内でアクティブ導波路とパッシブ導波路とを組み合わせることが可能である。

追加の階層レベル：
[112] 上述の例は、親導波路と子導波路との２つの階層「レベル」を有する導波路ネットワークを考慮する。しかし、多重導波路ネットワークは、３つ（親、子、孫）又はそれを超えるレベルを有し得る。「子」、「親」及び「孫」という用語は、必ずしも直接的な階層関係を含意するわけではないことに留意されたい。すなわち、子又は孫という用語は、親又は子導波路のそれぞれの下層のいかなる階層レベルのいかなる導波路も指し得る。すなわち、子／孫導波路は、例えば、エアインタフェース（直接的な子孫）を介してのみならず、その１つ又は複数の他の子／孫導波路（間接的な子孫）を介しても親／子導波路に光学的に結合することができる。

[113] 図１２は、３つの階層レベルを有する導波路ネットワークの例を示す。親導波路１２００は、上述の方法で親導波路１２００に光学的に結合された２つの直接的な子導波路ネットワーク１２０２Ａ、１２０２Ｂを有し、それらの子導波路１２０２Ａ／１２０２Ｂの各々は、同じ方法で子導波路１２０２Ａ／１２０２Ｂに光学的に結合された２つの孫ネットワーク１２０４Ａ－Ａ、１２０４Ａ－Ｂ／１２０４Ｂ－Ａ、１２０４Ｂ－Ｂを有する。

[114] 極端な例は、すべての導波路が正確に２つの直接的な子を有する「二分木」アーキテクチャであり、潜在的には３つを超えるレベルの導波路を有する可能性がある。しかし、実際には、必要な階層レベルの数を低減するために、直接的な子の数を増加することが好ましい状況もあり得る。

[115] 図８、１０Ａ及び１０Ｂに示されるスケジューラ８００は、システムの機能コンポーネントである。同様に、エンコーダ６１０、デコーダ７０４及び信号処理コンポーネント７００も機能コンポーネントである。そのようなコンポーネントは、ソフトウェアにおいて（すなわちＣＰＵ、アクセラレータ、例えばＧＰＵなどの１つ又は複数のプログラム可能なハードウェアプロセッサ上で実行されるプログラムコードとして）実装することも、フィールドプログラマブルゲートアレイ及び／又は特定用途向け集積回路などのプロセッサハードウェアの他の形態を使用して実装することもできる。信号処理コンポーネント７００によって行われる信号処理は、アナログ若しくはデジタル信号処理又はそれらの任意の組合せであり得る。そのようなプログラムコード及び他のデータ（例えば、チャネルモデル７０２）は、コンピュータ可読記憶装置において符号化することができる。コンピュータ可読記憶装置の例は、光学、磁気及び／又はソリッドステート記憶装置を含み、非一時的な形式でコード、データ及び同様のものを記憶することができる。これは、一時信号搬送波などの一時的な媒体とは対照的である。

[116] 本明細書の第１の態様は、光データ転送システムであって、入力ビームにデータのセットを埋め込むように構成されたビーム変調器と、１つ又は複数のマルチモード光導波路から形成された入力導波路ネットワークであって、入力ビームを受信するためのインカップリング領域を有し、入力導波路ネットワークのアウトカップリング領域に入力ビームを誘導するように構成される入力導波路ネットワークと、複数の場所で出力光場の位相及び振幅を測定するように構成された空間コヒーレント検出器であって、出力光場は、入力ビームによって少なくとも部分的に画定され、従って、少なくとも部分的には入力ビームが入力導波路ネットワークを通過することにより生じる歪み効果を呈する、空間コヒーレント検出器と、空間コヒーレント検出器に結合された少なくとも１つのプロセッサであって、空間コヒーレント検出器の出力に信号処理を適用して、前記歪み効果を補償し、それにより空間コヒーレント検出器の出力から、入力ビームに埋め込まれたデータのセットを回復するように構成される少なくとも１つのプロセッサとを含む光データ転送システムを提供する。

[117] 実施形態では、光データ転送システムは、少なくとも１つのホログラフィック記録領域を含み得、入力導波路ネットワークは、入力ビームと参照ビームとの間の干渉を介して、その領域内で記録されたパターンにおいて、埋め込まれたデータを記憶するために、ホログラフィック記録領域に入力ビームを誘導するように構成され、出力光場は、埋め込まれたデータをそのホログラフィック記録領域から読み取るために、記録されたパターンと参照ビームとの間の相互作用を介してその後の時点で生成される。

[118] 光データ転送システムは、入力導波路ネットワークと、１つ又は複数のさらなるマルチモード光導波路から形成された参照導波路ネットワークとのうちの１つを介して、ホログラフィック記録領域に参照ビームを誘導するように構成され得、参照ビームが入力又は参照導波路ネットワークを通過することも、信号処理によって補償される前記歪み効果に寄与し得る。

[119] 光データ転送システムは、入力導波路ネットワークと、上述の参照導波路ネットワークと、１つ又は複数のさらなるマルチモード光導波路から形成された出力導波路ネットワークとのうちの１つを介して、入力ビームによって少なくとも部分的に画定される出力ビームを空間コヒーレント検出器に誘導するように構成され得、出力ビームが入力、参照又は出力導波路ネットワークを通過することも、信号処理によって補償される前記歪み効果に寄与し得る。

[120] 入力導波路ネットワーク、上述の参照導波路ネットワーク及び上述の出力導波路ネットワークのうちの少なくとも１つは、構成可能な、及び／又は少なくとも１つのビーム特性に応答する少なくとも１つの誘導要素を含み得、それにより、少なくとも１つの誘導要素を再構成し、及び／又は少なくとも１つのビーム特性を変調することにより、前記少なくとも１つの導波路ネットワークのための異なるチャネル選択肢が実現され得、少なくとも１つのプロセッサは、出力光場に関連付けられたチャネル選択に応じて前記信号処理を適用するように構成され得る。

[121] 少なくとも１つのプロセッサは、異なるチャネル選択肢に対応する複数のチャネルモデルから、関連付けられたチャネル選択に対応するチャネルモデルを選択し、及び選択されたチャネルモデルに応じて前記信号処理を適用するように構成され得る。

[122] 各チャネルモデルは、対応するチャネル選択のために学習された信号処理パラメータのセットを含み得る。

[123] 本明細書の第２の態様は、光データ転送システムであって、入力ビームにデータのセットを埋め込むように構成されたビーム変調器と、複数の場所で出力ビームの光場の位相及び振幅を測定するように構成された空間コヒーレント検出器であって、出力ビームは、入力ビームによって少なくとも部分的に画定される、空間コヒーレント検出器と、１つ又は複数のマルチモード光導波路から形成された出力導波路ネットワークであって、出力ビームを受信するためのインカップリング領域を有し、及び空間コヒーレント検出器で受信するために、出力導波路ネットワークのアウトカップリング領域に出力ビームを誘導するように構成される出力導波路ネットワークと、空間コヒーレント検出器に結合された少なくとも１つのプロセッサであって、空間コヒーレント検出器の出力に信号処理を適用して、少なくとも部分的には出力ビームが出力導波路ネットワークを通過することにより生じる歪み効果を補償し、それにより空間コヒーレント検出器の出力から、入力ビームに埋め込まれたデータのセットを回復するように構成される少なくとも１つのプロセッサとを含む光データ転送システムを提供する。

[124] 光データ転送システムは、複数のホログラフィック記録領域を含み得、出力光導波路ネットワークは、構成可能な、及び／又は少なくとも１つのビーム特性に応答する少なくとも１つの誘導要素を有し、それにより、少なくとも１つの誘導要素を再構成し、及び／又は少なくとも１つのビーム特性を変調することにより、複数のホログラフィック記録領域の任意の領域が、同じ空間コヒーレント検出器を使用して読み取られるために選択されて、選択されたホログラフィック記録領域から空間コヒーレント検出器に出力ビームを誘導することができ、少なくとも１つのプロセッサは、読み取られているホログラフィック記録領域に応じて前記信号処理を適用するように構成される。

[125] 各ホログラフィック記録領域は、少なくとも１つのチャネルモデルに関連付けられ得、少なくとも１つのプロセッサは、読み取られているホログラフィック記録領域に関連付けられたチャネルモデルを使用して前記信号処理を適用するように構成され得る。

[126] 各ホログラフィック記録領域は、少なくとも１つの論理アドレスを有し得、チャネルモデルは、現在の読み取り動作に関連付けられた論理アドレスであって、読み取られているホログラフィック記録領域を識別する論理アドレスに基づいて選択され得る。

[127] 光データ転送システムは、出力導波路ネットワークと、１つ又は複数のさらなるマルチモード光導波路から形成された参照導波路ネットワークとのうちの１つを介して、ホログラフィック記録領域の選択されたものに参照ビームを誘導するように構成され得、参照ビームが出力又は参照導波路ネットワークを通過することも、信号処理によって補償される前記歪み効果に寄与し得る。

[128] 光データ転送システムは、出力導波路ネットワークと、さらなる１つ又は複数のマルチモード光導波路から形成された入力導波路ネットワークとのうちの１つを介して、ホログラフィック記録領域の選択されたものに入力ビームを誘導するように構成され得、入力ビームが出力又は入力導波路ネットワークを通過することは、信号処理によって補償される前記歪み効果に寄与し得る。

[129] 本明細書の第３の態様は、光データ転送システムであって、入力ビームにデータのセットを埋め込むように構成されたビーム変調器と、複数の場所で出力光場の位相及び振幅を測定するように構成された空間コヒーレント検出器であって、出力光場は、入力ビーム及び参照ビームによって少なくとも部分的に画定される、空間コヒーレント検出器と、１つ又は複数のマルチモード光導波路から形成された参照導波路ネットワークであって、参照ビームを受信するためのインカップリング領域を有し、出力光場を画定するために、参照導波路ネットワークのアウトカップリング領域に参照ビームを誘導するように構成される参照導波路ネットワークと、空間コヒーレント検出器に結合された少なくとも１つのプロセッサであって、空間コヒーレント検出器の出力に信号処理を適用して、少なくとも部分的には参照ビームが参照導波路ネットワークを通過することにより生じる歪み効果を補償し、それにより空間コヒーレント検出器の出力から、入力ビームに埋め込まれたデータのセットを回復するように構成される少なくとも１つのプロセッサとを含む光データ転送システムを提供する。

[130] 光通信システム又は光演算システムは、少なくとも１つのそのような光データ転送システムを含み得る。

[131] 上述のある実施形態では、以下に記載されるような導波路ネットワークを使用することができる。

[132] マルチモード光導波路ネットワークは、親導波路と、複数の子導波路とを含み得、親及び子導波路の各々は、第１の表面領域と、複数の第２の表面領域と、導波路の表面に取り付けられるか又は導波路内に埋め込まれた少なくとも１つの誘導要素とを有するマルチモード光導波路であり、親導波路の第２の表面領域の各々は、子導波路のうち対応するものの第１の表面領域に光学的に結合され、親導波路の少なくとも１つの誘導要素は、その第１の表面領域から又はその第１の表面領域に、その複数の第２の表面領域の選択された第２の表面領域に又は選択された第２の表面領域からビームを誘導するように配置され、ビームは、親導波路の第２の表面領域と対応する子導波路の第１の表面領域とを介して、その第１の表面領域が親導波路の第２の表面領域に光学的に結合された対応する子導波路に取り込まれるか又は対応する子導波路から受信され、各子導波路の少なくとも１つの誘導要素は、その第１の表面領域から又はその第１の表面領域に、その複数の第２の表面領域の選択された第２の表面領域に又は選択された第２の表面領域からビームを誘導するように配置され、各導波路の少なくとも１つの誘導要素は、その導波路の第２の表面領域を選択するように構成可能であり、及び／又は、少なくとも１つのビーム特性に応答して、少なくとも１つのビーム特性の変調を介してその導波路の第２の表面領域を選択する。

[133] マルチモード光導波路ネットワークは、複数の孫導波路を含み得、その各々は、第１の表面領域と、複数の第２の表面領域と、孫導波路の表面に取り付けられるか又は孫導波路内に埋め込まれた少なくとも１つの誘導要素とを有するマルチモード光導波路であり、各子導波路の第２の表面領域の各々は、孫導波路のうち対応するものの第１の表面領域に光学的に結合され、各孫導波路の少なくとも１つの誘導要素は、その第１の表面領域から又はその第１の表面領域に、その複数の第２の表面領域の選択された第２の表面領域に又は選択された第２の表面領域からビームを誘導するように配置することができ、ビームは、その第１の表面領域を介して及びそこに光学的に結合された子導波路の第２の表面領域を介して、その孫導波路に取り込まれるか又はその孫導波路から取り出され、各孫導波路の少なくとも１つの誘導要素は、その孫導波路の第２の表面領域を選択するように構成可能であり、及び／又は、少なくとも１つのビーム特性に応答して、少なくとも１つのビーム特性の変調を介してその孫導波路の第２の表面領域を選択する。

[134] 導波路の各々は、その導波路の第２の表面領域を選択するように構成可能である少なくとも１つのアクティブ誘導要素を有し得る。

[135] 導波路の各々は、少なくとも１つのビーム特性に応答して、少なくとも１つのビーム特性の変調を介してその導波路の第２の表面領域を選択する、少なくとも１つの誘導要素を有し得る。

[136] 導波路の少なくとも１つは、その導波路の第２の表面領域を選択するように構成可能である少なくとも１つのアクティブ誘導要素を有し得、導波路の少なくとも別のものは、少なくとも１つのビーム特性に応答して、少なくとも１つのビーム特性の変調を介してその他の導波路の第２の表面領域を選択する、少なくとも１つの誘導要素を有し得る。

[137] 親導波路の１つ及び子導波路の１つは、少なくとも１つの波長応答誘導要素を有し得、それにより、第１の波長範囲内のビームは、その第１の表面領域から又はその第１の表面領域に、子若しくは孫導波路の第１のものに又は子若しくは孫導波路の第１のものから誘導され、第２の波長範囲内のビームは、その第１の表面領域から又はその第１の表面領域に、子若しくは孫導波路の第２のものに又は子若しくは孫導波路の第２のものから誘導され、第１の子又は孫導波路は、少なくとも１つの波長応答誘導要素を有し得、それにより、第１の波長範囲の第１のサブ範囲内のビームは、その第１の表面領域から又はその第１の表面領域に、その第２の表面領域の１つに又はその第２の表面領域の１つから誘導され、第１の波長範囲の第２のサブ範囲内のビームは、その第１の表面領域から又はその第１の表面領域に、その第２の表面領域の別のものに又はその第２の表面領域の別のものから誘導され、第２の子又は孫導波路は、少なくとも１つの波長応答誘導要素を有し得、それにより、第２の波長範囲の第１のサブ範囲内のビームは、その第１の表面領域から又はその第１の表面領域に、その第２の表面領域の１つに又はその第２の表面領域の１つから誘導され、第２の波長範囲の第２のサブ範囲内のビームは、その第１の表面領域から又はその第１の表面領域に、その第２の表面領域の別のものに又はその第２の表面領域の別のものから誘導される。

[138] その又は各アクティブ誘導要素は、構成可能な透過率及び反射率並びに構成可能な屈折率の少なくとも１つを有し得る。

[139] その又は各アクティブ誘導要素は、切り替え可能グレーティング又はグレーティング領域であり得る。

[140] 誘導要素の少なくとも１つは、固定若しくは構成可能な波長応答及び／又は固定若しくは構成可能な偏光軸を有する波長及び／又は偏光フィルタであり得る。

[141] 導波路の少なくとも１つは、２つ以上の誘導要素及び３つ以上の第２の表面領域を有し得、それらのいずれも、２つ以上の誘導要素の一方若しくは両方を構成し、及び／又は少なくとも１つのビーム特性を変調することによって選択することができる。

[142] そのような導波路ネットワークを組み込む光学システムは、第１の光学システムコンポーネントと、複数の第２の光学システムコンポーネントと、上述の態様又は実施形態のいずれかによる少なくとも１つのマルチモード光導波路ネットワークであって、第１の光学システムコンポーネントから又は第１の光学システムコンポーネントに、複数の第２の光学システムコンポーネントの選択された第２の光学システムコンポーネントに又は選択された第２の光学システムコンポーネントからビームを誘導するように配置される、マルチモード光導波路ネットワークと、複数の第２の光学システムコンポーネントの１つの第２の光学システムコンポーネントを選択するように構成されたコントローラであって、マルチモード光導波路ネットワークの誘導要素の少なくとも１つを構成し、及び／又は少なくとも１つのビーム特性を変調することにより、第１の光学システムコンポーネントから又は第１の光学システムコンポーネントに、選択された第２の光学システムコンポーネントに又は選択された第２の光学システムコンポーネントからビームを誘導させる、コントローラとを含み得る。

[143] 第１のシステムコンポーネントは、ビームを放出して、選択された第２のシステムコンポーネントに誘導するためのエミッタシステム又は選択された第２のシステムコンポーネントからビームが誘導される検出器アレイを含み得る。

[144] 光学システムは、１つ又は複数のホログラフィック記録媒体を含み得、第２のシステム光学コンポーネントの少なくともいくつかは、１つ又は複数のホログラフィック記録媒体のそれぞれのサブボリュームであり得る。

[145] 光学システムは、上述の態様又は実施形態のいずれかによる第２のマルチモード光導波路ネットワークを含み得、コントローラは、第２のマルチモード光導波路ネットワークの誘導要素の少なくとも１つを構成し、及び／又は少なくとも１つのビーム特性を変調することにより、第１の光学システムコンポーネントから又は第１の光学システムコンポーネントに、同じ選択された第２の光学システムコンポーネントに又は同じ選択された第２の光学システムコンポーネントから第２のビームを誘導させるように構成することができる。

[146] 光学システムは、上述の態様又は実施形態のいずれかによる第３のマルチモード光導波路ネットワークを含み得、コントローラは、第３のマルチモード光導波路ネットワークの誘導要素の少なくとも１つを構成し、及び／又は少なくとも１つのビーム特性を変調することにより、第１の光学システムコンポーネントから又は第１の光学システムコンポーネントに、同じ選択された第２の光学システムコンポーネントに又は同じ選択された第２の光学システムコンポーネントから第３のビームを誘導させるように構成することができる。

[147] 例えば、光通信又は光演算に関連して、第１及び／又は第２の光学システムコンポーネントの少なくとも１つの光学システムコンポーネントは、ビームを電気信号に変換するように（又はその逆も同様）構成された信号変換器又は光学プロセッサを含み得る。

[148] 上述のある実施形態では、以下に記載されるような導波路ネットワークを使用することができる。

[149] マルチモード光導波路ネットワークは、親導波路と、複数の子導波路とを含み得、親及び子導波路の各々は、第１の表面領域と、複数の第２の表面領域と、導波路の表面に取り付けられるか又は導波路内に埋め込まれた少なくとも１つの誘導要素とを有するマルチモード光導波路であり、親導波路の第２の表面領域の各々は、子導波路のうち対応するものの第１の表面領域に光学的に結合され、親導波路の少なくとも１つの誘導要素は、その第１の表面領域から又はその第１の表面領域に、その複数の第２の表面領域の選択された第２の表面領域に又は選択された第２の表面領域からビームを誘導するように配置され、ビームは、親導波路のその第２の表面領域を介して及び対応する子導波路のその第１の表面領域を介して、その第１の表面領域が親導波路のその第２の表面領域に光学的に結合された対応する子導波路に取り込まれるか又は対応する子導波路から受信され、各子導波路の少なくとも１つの誘導要素は、その第１の表面領域から又はその第１の表面領域に、その複数の第２の表面領域の選択された第２の表面領域に又は選択された第２の表面領域からビームを誘導するように配置され、各導波路の少なくとも１つの誘導要素は、その導波路の第２の表面領域を選択するように構成可能であり、及び／又は少なくとも１つのビーム特性に応答して、少なくとも１つのビーム特性の変調を介してその導波路の第２の表面領域を選択する。

[150] マルチモード光導波路ネットワークは、複数の孫導波路を含み得、その各々は、第１の表面領域と、複数の第２の表面領域と、孫導波路の表面に取り付けられるか又は孫導波路内に埋め込まれた少なくとも１つの誘導要素とを有するマルチモード光導波路であり、各子導波路の第２の表面領域の各々は、孫導波路のうち対応するものの第１の表面領域に光学的に結合され、各孫導波路の少なくとも１つの誘導要素は、その第１の表面領域から又はその第１の表面領域に、その複数の第２の表面領域の選択された第２の表面領域に又は選択された第２の表面領域からビームを誘導するように配置することができ、ビームは、その第１の表面領域を介して及びそこに光学的に結合された子導波路の第２の表面領域を介して、その孫導波路に取り込まれるか又はその孫導波路から取り出され、各孫導波路の少なくとも１つの誘導要素は、その孫導波路の第２の表面領域を選択するように構成可能であり、及び／又は少なくとも１つのビーム特性に応答して、少なくとも１つのビーム特性の変調を介してその孫導波路の第２の表面領域を選択する。

[151] 導波路の各々は、その導波路の第２の表面領域を選択するように構成可能である少なくとも１つのアクティブ誘導要素を有し得る。

[152] 導波路の各々は、少なくとも１つのビーム特性に応答して、少なくとも１つのビーム特性の変調を介してその導波路の第２の表面領域を選択する、少なくとも１つの誘導要素を有し得る。

[153] 導波路の少なくとも１つは、その導波路の第２の表面領域を選択するように構成可能である少なくとも１つのアクティブ誘導要素を有し得、導波路の少なくとも別のものは、少なくとも１つのビーム特性に応答して、少なくとも１つのビーム特性の変調を介してその他の導波路の第２の表面領域を選択する、少なくとも１つの誘導要素を有し得る。

[154] 親導波路の１つ及び子導波路の１つは、少なくとも１つの波長応答誘導要素を有し得、それにより、第１の波長範囲内のビームは、その第１の表面領域から又はその第１の表面領域に、子若しくは孫導波路の第１のものに又は子若しくは孫導波路の第１のものから誘導され、第２の波長範囲内のビームは、その第１の表面領域から又はその第１の表面領域に、子若しくは孫導波路の第２のものに又は子若しくは孫導波路の第２のものから誘導され、第１の子又は孫導波路は、少なくとも１つの波長応答誘導要素を有し得、それにより、第１の波長範囲の第１のサブ範囲内のビームは、その第１の表面領域から又はその第１の表面領域に、その第２の表面領域の１つに又はその第２の表面領域の１つから誘導され、第１の波長範囲の第２のサブ範囲内のビームは、その第１の表面領域から又はその第１の表面領域に、その第２の表面領域の別のものに又はその第２の表面領域の別のものから誘導され、第２の子又は孫導波路は、少なくとも１つの波長応答誘導要素を有し得、それにより、第２の波長範囲の第１のサブ範囲内のビームは、その第１の表面領域から又はその第１の表面領域に、その第２の表面領域の１つに又はその第２の表面領域の１つから誘導され、第２の波長範囲の第２のサブ範囲内のビームは、その第１の表面領域から又はその第１の表面領域に、その第２の表面領域の別のものに又はその第２の表面領域の別のものから誘導される。

[155] その又は各アクティブ誘導要素は、構成可能な透過率及び反射率並びに構成可能な屈折率の少なくとも１つを有し得る。

[156] その又は各アクティブ誘導要素は、切り替え可能グレーティング又はグレーティング領域であり得る。

[157] 誘導要素の少なくとも１つは、固定若しくは構成可能な波長応答及び／又は固定若しくは構成可能な偏光軸を有する波長及び／又は偏光フィルタであり得る。

[158] 導波路の少なくとも１つは、２つ以上の誘導要素及び３つ以上の第２の表面領域を有し得、それらのいずれも、２つ以上の誘導要素の一方若しくは両方を構成し、及び／又は少なくとも１つのビーム特性を変調することによって選択されることができる。

[159] そのような導波路ネットワークを組み込む光学システムは、第１の光学システムコンポーネントと、複数の第２の光学システムコンポーネントと、上述の態様又は実施形態のいずれかによる少なくとも１つのマルチモード光導波路ネットワークであって、第１の光学システムコンポーネントから又は第１の光学システムコンポーネントに、複数の第２の光学システムコンポーネントの選択された第２の光学システムコンポーネントに又は選択された第２の光学システムコンポーネントからビームを誘導するように配置される、マルチモード光導波路ネットワークと、複数の第２の光学システムコンポーネントの１つの第２の光学システムコンポーネントを選択するように構成されたコントローラであって、マルチモード光導波路ネットワークの誘導要素の少なくとも１つを構成し、及び／又は少なくとも１つのビーム特性を変調することにより、第１の光学システムコンポーネントから又は第１の光学システムコンポーネントに、選択された第２の光学システムコンポーネントに又は選択された第２の光学システムコンポーネントからビームを誘導させる、コントローラとを含み得る。

[160] 第１のシステムコンポーネントは、ビームを放出して、選択された第２のシステムコンポーネントに誘導するためのエミッタシステム、又は選択された第２のシステムコンポーネントからビームが誘導される検出器アレイを含み得る。

[161] 光学システムは、１つ又は複数のホログラフィック記録媒体を含み得、第２のシステム光学コンポーネントの少なくともいくつかは、１つ又は複数のホログラフィック記録媒体のそれぞれのサブボリュームであり得る。

[162] 光学システムは、上述の態様又は実施形態のいずれかによる第２のマルチモード光導波路ネットワークを含み得、コントローラは、第２のマルチモード光導波路ネットワークの誘導要素の少なくとも１つを構成し、及び／又は少なくとも１つのビーム特性を変調することにより、第１の光学システムコンポーネントから又は第１の光学システムコンポーネントに、同じ選択された第２の光学システムコンポーネントに又は同じ選択された第２の光学システムコンポーネントから第２のビームを誘導させるように構成することができる。

[163] 光学システムは、上述の態様又は実施形態のいずれかによる第３のマルチモード光導波路ネットワークを含み得、コントローラは、第３のマルチモード光導波路ネットワークの誘導要素の少なくとも１つを構成し、及び／又は少なくとも１つのビーム特性を変調することにより、第１の光学システムコンポーネントから又は第１の光学システムコンポーネントに、同じ選択された第２の光学システムコンポーネントに又は同じ選択された第２の光学システムコンポーネントから第３のビームを誘導させるように構成することができる。

[164] 例えば、光通信又は光演算に関連して、第１及び／又は第２の光学システムコンポーネントの少なくとも１つの光学システムコンポーネントは、ビームを電気信号に変換するように（又はその逆も同様）構成された信号変換器又は光学プロセッサを含み得る。

[165] 上述の実施形態は、単なる例として説明されていることが理解されるであろう。開示される技法の他の変形形態又は使用事例は、本明細書の開示が与えられた時点で当業者に明らかになるであろう。本開示の範囲は、説明される実施形態によって限定されず、添付の特許請求の範囲によってのみ限定される。

Claims (9)

1. 光データ転送システムであって、
   入力ビームにデータを埋め込むように構成されたビーム変調器と、
   マルチモード光導波路から形成された入力導波路ネットワークであって、インカップリング領域を有し、前記入力導波路ネットワークのアウトカップリング領域に前記入力ビームを誘導するように構成される入力導波路ネットワークと、
   複数の場所で出力光場の位相及び振幅を測定するように構成された空間コヒーレント検出器であって、前記出力光場は、前記入力ビームによって少なくとも部分的に画定され、従って、少なくとも部分的には前記入力ビームが前記入力導波路ネットワークを通過することにより生じる歪み効果を呈する、空間コヒーレント検出器と、
   前記空間コヒーレント検出器に結合されたプロセッサであって、前記空間コヒーレント検出器の出力に適用される信号処理を用いて前記歪み効果を補償し、それにより前記空間コヒーレント検出器の前記出力から、前記入力ビームに埋め込まれた前記データを回復するように構成されるプロセッサと
   を含み、
   前記歪み効果を補償することが、参照ビームが、更なるマルチモード光導波路から形成された参照導波路ネットワークと、入力導波路ネットワークとのうちの少なくとも１つを通過することにより生じる歪み効果を補償することを含む、光データ転送システム。
2. ホログラフィック記録領域を含み、前記入力導波路ネットワークは、前記入力ビームと前記参照ビームとの間の干渉を介して、前記ホログラフィック記録領域内で記録されたパターンにおいて、前記埋め込まれたデータを記憶するために、前記ホログラフィック記録領域に前記入力ビームを誘導するように構成され、前記出力光場は、前記埋め込まれたデータを前記ホログラフィック記録領域から読み取るために、前記記録されたパターンと参照ビームとの間の相互作用を介してその後の時点で生成される、請求項１に記載の光データ転送システム。
3. 前記入力導波路ネットワークと、前記参照導波路ネットワークとのうちの１つを介して、前記ホログラフィック記録領域に前記参照ビームを誘導するように構成される、請求項２に記載の光データ転送システム。
4. 前記入力導波路ネットワークと、前記参照導波路ネットワークと、さらなるマルチモード光導波路から形成された出力導波路ネットワークとのうちの１つを介して、前記入力ビームによって少なくとも部分的に画定される出力ビームを前記空間コヒーレント検出器に誘導するように構成され、前記出力ビームが前記入力、参照又は出力導波路ネットワークを通過することも、前記信号処理によって補償される前記歪み効果に寄与する、請求項１～３のいずれか一項に記載の光データ転送システム。
5. 前記入力導波路ネットワーク、
   前記参照導波路ネットワーク、及び
   出力導波路ネットワーク
   のうちの少なくとも１つは、ビーム特性に応答する誘導要素を含み、前記プロセッサは、前記出力光場に関連付けられたチャネル選択に応じて前記信号処理を適用するように構成される、請求項１～４のいずれか一項に記載の光データ転送システム。
6. 前記プロセッサは、異なるチャネル選択肢に対応する複数のチャネルモデルから、前記関連付けられたチャネル選択に対応するチャネルモデルを選択し、前記選択されたチャネルモデルに応じて前記信号処理を適用するように構成される、請求項５に記載の光データ転送システム。
7. 各チャネルモデルは、前記対応するチャネル選択のために学習された信号処理パラメータを含む、請求項６に記載の光データ転送システム。
8. 入力ビームにデータを埋め込むように構成されたビーム変調器と、マルチモード光導波路から形成された入力導波路ネットワークであって、インカップリング領域を有し、前記入力導波路ネットワークのアウトカップリング領域に前記入力ビームを誘導するように構成される入力導波路ネットワークと、複数の場所で出力光場の位相及び振幅を測定するように構成された空間コヒーレント検出器であって、前記出力光場は、前記入力ビームによって少なくとも部分的に画定され、従って、少なくとも部分的には前記入力ビームが前記入力導波路ネットワークを通過することにより生じる歪み効果を呈する、空間コヒーレント検出器とを備える光データ転送システムのプロセッサが、
   前記空間コヒーレント検出器の出力に適用される信号処理を用いて前記歪み効果を補償し、それにより前記空間コヒーレント検出器の前記出力から、前記入力ビームに埋め込まれた前記データを回復することを含み、
   前記歪み効果を補償することが、参照ビームが、更なるマルチモード光導波路から形成された参照導波路ネットワークと、入力導波路ネットワークとのうちの少なくとも１つを通過することにより生じる歪み効果を補償することを含む、方法。
9. プロセッサによって実行されると、入力ビームにデータを埋め込むように構成されたビーム変調器と、マルチモード光導波路から形成された入力導波路ネットワークであって、インカップリング領域を有し、前記入力導波路ネットワークのアウトカップリング領域に前記入力ビームを誘導するように構成される入力導波路ネットワークと、複数の場所で出力光場の位相及び振幅を測定するように構成された空間コヒーレント検出器であって、前記出力光場は、前記入力ビームによって少なくとも部分的に画定され、従って、少なくとも部分的には前記入力ビームが前記入力導波路ネットワークを通過することにより生じる歪み効果を呈する、空間コヒーレント検出器とを備える光データ転送システムに、
   前記空間コヒーレント検出器の出力に適用される信号処理を用いて前記歪み効果を補償し、それにより前記空間コヒーレント検出器の前記出力から、前記入力ビームに埋め込まれた前記データを回復すること
   を実行させるデータ及び命令で構成されたコンピュータ可読記憶媒体であって、
   前記歪み効果を補償することが、参照ビームが、更なるマルチモード光導波路から形成された参照導波路ネットワークと、入力導波路ネットワークとのうちの少なくとも１つを通過することにより生じる歪み効果を補償することを含む、コンピュータ可読記憶媒体。

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