根据本发明的一方面，用于自由空间波分复用(WDM)信号的检测器系统包括不同类型的检测器的阵列或者组拼物(mosaic)。为了提供对静态和动态未对准的容忍，可以将该阵列制成相对于WDM信号束轮廓(profile)而言较大，这样即使检测器的中心与WDM信号束之间的未对准大于束宽度，该束也将入射在该阵列的有源区域上。在该阵列中的不同类型的检测器能够检测WDM信号束的不同频率分量。可以将检测器制成相对于WDM信号束轮廓而言较小，并将检测器布置在该阵列中，使得不管WDM信号入射在该阵列上的位置如何，每种类型的至少一个检测器将接收到来自WDM信号束的光。
根据本发明的检测器系统能够用于其中期望高数据速率和对准容忍光学通信的各种系统中的通信。图1图解说明了根据本发明的实施例的使用WDM通信的服务器系统100的例子。系统100包括安装在共用底板120上的一组刀片(blade)110。诸如电源变压器和冷却风扇之类的附加部件130也能够连接到底板120，并且整个组件通常被包含在共用的外壳(未示出)中。用于到服务器系统100的外部连接的用户接口和插槽(socket)可以通过该共用外壳提供。
服务器系统100中的一些刀片110或者全部刀片110可以是基本上相同的或者具有不同的设计以执行不同功能。例如，一些刀片110可以是服务器刀片或者是存储刀片。每个刀片110包括实施刀片110的特定功能的一个或者多个子系统112。子系统112可以以印刷电路板上的部件的方式被安装在每个刀片110的一侧或者两侧上，或刀片110可以包括外壳，其中子系统112在刀片110的内部。这种子系统112的典型例子包括硬盘驱动器或者包含传统的计算机部件的其它数据存储和处理器子系统，所述传统的计算机部件例如微处理器、存储器插槽和集成电路存储器。刀片120的子系统112和一般特征可以是以使用刀片架构的服务器系统而著名的传统类型，如可从Hewlett-Packard公司购买的c-级架构的服务器系统。
每个刀片110附加地包括一个或者多个光学收发机114或者116。每个收发机114被定位在刀片110上，以在刀片110正确安装在底板120上时与相邻刀片110上的对应收发机116标称对准。收发机114和116在其他方面可以彼此基本上等同。在服务器系统100的典型配置中，在对应的收发机114和116之间可以有约5cm的自由空间或者气隙，并且由于刀片110的机械安装的变化，每对对准的收发机114和116可能经受大约500到1000um量级的未对准。此外，由于例如因冷却风扇的工作而造成的温度变化和/或机械振动，收发机114和116的对准可能经受40-50um量级的变化。
收发机114或116中的发射机部分产生WDM信号118，并且可以是包括本领域众所周知的那些设计的任何适当设计。这类系统通常采用激光二极管和适当的光学器件，以使WDM信号118准直，并且将WDM信号引导至目标接收机。每个收发机114或116的接收机部分通常包括不同类型的检测器的阵列。如下文进一步描述的检测器阵列提供对准容忍，即使收发机114和116经受未对准、指向误差以及振动时所述对准容忍也允许刀片110彼此通信。
根据本发明实施例的检测器阵列能够被构造用于使用任何数目N的载波频率的WDM光学信号。为了图解说明目的，图2A示出适于本发明的一个特定实施例的检测器阵列200的平面图，其中WDM光学信号使用9个载波频率f1-f9。检测器阵列200是不同类型的检测器1-9的布置，其中检测器类型与载波频率的数目是一对一的对应关系。如下文进一步所述，相同类型的检测器能够被连接在一起，使得检测器阵列200具有的一组电输出信号与WDM光学信号中的载波频率也是一对一的对应关系。更具体地，对于图示的例子，检测器阵列200包括9种类型的检测器1-9，它们分别对应于WDM信号中的9个截然不同的频率f1-f9，并且检测器200产生9个输出信号，每种类型的检测器有一个输出信号。
阵列200中的每种类型的检测器被设计成将WDM光学信号中的对应频率与其它频率区分开。例如，检测器阵列200中的每个检测器1可以包括光电二极管和使对应频率f1通过到达该光电二极管同时阻挡所有其它频率f2-f9的滤波器。更一般而言，可以通过使用滤波器、通过设计光电二极管来有效地检测对应频率的光子而不吸收或者检测具有其它载波频率的光子，或者通过用于选择性测量期望频率分量的幅值的任何其它已知技术，提供每个检测器1-9的频率选择能力。这类检测器在彩色成像领域是已知的，并且例如在美国专利号3,971,065和5,965,875中描述了一些传统的检测器设计。
在检测器1-9中使用的光电二极管每个可具有光敏区域，该光敏区域的大小根据对应频率通道的数据速率而进行选择。对于10Gb/s或者更大的数据速率，光敏区域的宽度通常需要小于大约40um宽。
能够通过下列方式而使得使用检测器阵列200的WDM光学通信通道容忍未对准：(1)将检测器阵列200制成足够大以使得具有预期范围内的任何未对准的束仍将入射在检测器阵列100上，和(2)以某种模式布置检测器1-9使得对于WDM束在检测器阵列200上的任何入射区域，可测量的光量将进入每种检测器类型1-9的至少一个。
图2A示出当WDM信号束在检测器阵列200的中心处具有理想对准时，与检测器阵列200上的WDM信号的地点(position)对应的入射区域210。如图2A所示，区域210覆盖每种检测器类型1-9的至少一个或者明显与每种检测器类型1-9的至少一个重叠，并且区域210通常对应于对于检测器1-9的可靠操作而言具有足够光强的区域。更具体地，对于每种类型的至少一个检测器1-9，具有入射区域210的WDM信号提供足够的光学功率，以克服连接到检测器的电子器件中的技术噪声源。
实际上，检测器阵列200可能经受与WDM信号束源的静态和动态未对准，使得WDM信号束的实际入射区域偏离检测器阵列200的中心。图2A图解说明入射区域220的例子，所述入射区域220与理想对准地点之间的偏离多于束宽度，使得当区域220是WDM信号的入射区域时，在理想对准时用于信号检测的检测器没有一个被充分照射而能够进行信号检测。如图2A所示，尽管区域220远离理想对准位置，但每种检测器类型1-9的至少一个仍然接收来自WDM光学信号220的光。更一般而言，WDM光学信号与检测器阵列200的预期未对准可以使信号的入射区域置于检测器上的任何位置，包括可能与区域210重叠的地点。检测器阵列200中检测器1-9的大小和布置使得对于入射区域的所有地点，每种类型的至少一个检测器被充分照射以用于信号检测。
在图2A的具体例子中，这9种类型的检测器1-9布置成矩形阵列，其中检测器类型1-9在每行中顺序地布置，并且在每行中的次序相对于相邻行的次序偏移3个检测器。利用这种布置，检测器阵列200中任何3×3方形组的邻近检测器包含每种检测器类型的一个检测器。束轮廓210或者220的面积大于9个检测器1-9的面积，使得束轮廓210或者220与每种检测器类型1-9的至少一个重叠。下文进一步描述的检测器1-9的其它模式或者布置也能够达到相同结果。
用于具有N个载波频率的WDM信号的阵列中检测器的布置通常取决于载波频率的数目N，以及WDM束横截面的大小和形状。例如，当数目N是平方整数(squared integer)(即，N＝n2，对于某一整数n)，N个检测器(每种类型有一个)能够布置成方形组，如图2A中所示的3×3检测器组205。然后这些等同的方形组能够用于平铺(tile)检测器阵列的区域，如图2A的例子中那样，使得大于检测器上的n×n组的束轮廓应该足以覆盖检测器类型的至少一个完整集或者与检测器类型的至少一个完整集足够重叠。
当载波频率的数目N不等于平方整数时，N个不同类型的检测器能够布置成容纳在n×n布置内的矩形或者L形的组，其中n2是大于N的最小平方整数。例如，当数目N等于n(n-1)时，检测器能够布置成n×(n-1)或者(n-1)×n的矩形组。在这种特定情况下，能够用等同的矩形检测器组来平铺检测器区域。例如，图2B图解说明了包含6种类型的检测器1-6的检测器阵列230，该6种类型的检测器被布置成矩形组235。组235用来平铺检测器阵列230的区域，并且在图2B的实施例中成行成列(in rows and columns)。可替代地，检测器阵列230的行或者列可以相对于彼此偏移。利用此布置，轮廓面积大于检测器阵列230上的n×n组的WDM信号束将向每种类型检测器1-6的至少一个提供可测量的光。
当对于一些正整数n和k，数目N能够表示为n2-k时，其中k＜n或者n＜k＜2n-1，N个不同检测器类型能够布置成容纳在n×n方形布置内的L形组。例如，图2C图解说明包含7种类型的检测器的检测器阵列240，即N＝7，n＝3，k＝2。检测器阵列240中的L形组245的每一个都包含每种检测器类型1-7的一个检测器，并且容纳在3×3检测器方形内。而且，如图2C所示，L形组245可以像瓦片一样布置，以覆盖检测器阵列240的区域。利用此配置，不管束在检测器阵列240上的入射位置如何，覆盖大于3×3检测器组的区域的束轮廓将光投射到每种检测器类型1-7的至少一个中。
更一般而言，N种类型检测器的许多可替代的平铺布置是可行的，使得束入射区域覆盖每种检测器类型的一个检测器或者明显与每种检测器类型的一个检测器重叠。检测器的这种平铺不局限于方形检测器或者矩形阵列。
用于服务器系统中的收发机的检测器阵列的示例性配置大约1-2mm宽，以适应在大约1mm量级上的未对准。在此实施例中的WDM信号束可以具有大约0.4-0.5mm的平场束腰直径(其是1/e2功率直径)。每个检测器的面积优选地小于入射束轮廓的面积除以大于载波频率数目的最小平方整数。对于图2A，图2B和图2C的实施例，束轮廓具有大约4倍于单独的检测器元件大小的直径，并且每个检测器具有小于大约1/9的入射WDM束面积的面积。可以使用类似于已知的制造CMOS图像传感器的那些技术的技术在单个集成电路芯片中和其上制造这种大小的检测器阵列。
图3A示出适于用在如上文所述的检测器阵列中的单个检测器300。检测器300包括半导体层310，半导体层310包括与下面的层形成光电二极管的有源区315。滤波器320叠置在有源区315上，并且能够选择性地让检测器300感测的波长/频率的光通过，其中滤波器320能够是波导光栅，栅格滤波器(grid filter)，Fabry-Perot或者其它滤波器结构。作为使用叠置滤波器的一种替代，例如通过钻孔370能够图案化如图3B所示的光电二极管350的有源区域360以创建接受或者拒绝光的特定波长/频率的干扰效应(interference effect)。检测器300或者350能够与具有被设计用于检测不同光波长的滤波器或者有源层的相似检测器单片集成。
图4是根据本发明的实施例的解码系统400的方框图。解码系统400包括：检测器阵列410，该检测器阵列410包括如上所述布置的N种类型的检测器；用于N个通道的通道电子器件420-1至420-N，其分别与这N种类型的检测器关联；以及数据解码单元430，其对来自通道电子器件420-1至420-N的电信号进行解码以提取所接收的数据。检测器阵列410、通道电子器件420-1至420-N以及数据解码单元430能够全部制造在单个集成电路中，或者可以在分开的装置上。
检测器阵列410包括适于将具有特定频率或者处于特定频带中的光学信号转换成电信号的检测器。如上述公开的，每个这种检测器可包括光电二极管和滤波器机构，所述滤波器机构选择使检测器产生电信号的光的频率。通常，只有被WDM信号充分照射的检测器将产生有用信号，并且来自受照射检测器的电压或者电流幅值通常将取决于入射光的强度以及被照射的检测器区域的部分。其它检测器将产生噪声或者不产生信号。
通道电子器件420-1至420-N的每个单元对应于检测器阵列410中的特定类型的检测器，并且将来自对应类型的所有检测器的信号进行组合。在简单的实施例中，通道电子器件420-1至420-N的每个单元是对应类型的所有检测器的输出端子连接到的节点。例如，类型1的所有检测器的输出端子可以连接到通道电子器件420-1中的单个节点，并且类型1的有源或者受照射的检测器驱动通道电子器件420-1的输出信号。类似地，类型N的所有检测器的输出端子可以连接到通道电子器件420-N中的单个节点，使得类型N的有源或者受照射的检测器驱动通道电子器件420-N的输出信号。可替代地，通道电子器件420-1至420-N的每个单元能够包括识别产生有用信号的对应类型的检测器的有源电路。如果对应类型的检测器的相应输出信号处于指示低信噪比的电平，或者如果这些检测器远离确定的束位置，则该有源电路例如能够切断至这些检测器的连接。
数据解码单元430接收并解码分别来自通道电子器件420-1至420-N的N个电信号。在典型应用中，WDM光学信号的载波频率的幅值被调制以表示N个通道中的数据。数据解码单元430对该调制进行解码，以提取并构造所接收的数据。
尽管已经参照具体的实施例描述了本发明，但这些描述只是本发明应用的例子，并不应认为是限制。例如，上面参照的是光和光学系统，但该参照并不局限于可见光或者用于可见光的系统。上述的原则能够更一般地应用于电磁辐射的宽频谱。公开的实施例的各特征的各种其它适配和组合都在所附权利要求书限定的本发明的范围之内。