利用角度复用延长波信号路径长度的系统和方法

本非临时专利申请要求2018年8月10日提交的美国临时专利申请第62/717,107号的权益和优先权；该专利申请以其全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明涉及一种利用角度复用延长波信号路径长度的系统和方法。

背景技术

随着数据中心、宽带通信和计算密集型信号处理的扩展，对功耗更低的高容量数据存储的需求应运而生。当今的数据中心还经常要求快速访问存储在同一公用驱动器上的同一数据，以执行例如高性能计算(HPC)。此外，信息技术(IT)存储行业的诸多参与者(例如，终端客户、数据中心、在系统编程程序员(ISP)、在电路编程程序员(ICP)等)对能够确定且完全地立即擦除敏感数据(例如，政府数据、军事数据)的兴趣越来越大。

目前，用于数据中心存储数据的存储设备的示例包括固态驱动器(SSD)，如基于非易失性NAND闪存的驱动器和硬盘驱动器(HDDs)。传统的基于固态存储设备的数据中心具有各种缺点。例如，使用传统存储设备的数据存储功耗大而且维护昂贵。此外，使用大量传统存储设备的数据存储发热量大，需要冷却系统，这又需要额外的成本和能耗。此外，从传统的电磁波存储设备读取数据或向其写入数据的吞吐量受限于电子设备的速度，例如仅几Gb/s。此外，从传统的非易失性固态存储器中擦除数据时，通常会留下被擦除数据的印记，其后果是通过合适的技能和技术，可以恢复这些被擦除的数据。另外，使用这些传统存储设备扩展数据中心时，必须购买更多的存储设备，或者用性能更好的存储设备替换当前的存储设备。因此，使用传统存储设备构建和升级数据中心不仅成本高且耗时。

因此，需要一种数据存储设备和方法，其能够克服使用传统存储设备的数据存储的一个或多个上述和其他缺陷。

发明内容

已知一种替代的数据存储方法是将运动中的数据存储在数据存储循环中。

当前已发现，本发明的上述和相关目的的实现涉及几个相关的方面，包括利用角度复用扩展波信号路径长度的系统和方法。

更具体地，本发明涉及一种用于延长电磁波信号路径长度的系统，该系统包括分别具有M

在至少一个实施例中，第一阵列中的该另一M

在至少一个实施例中，第一阵列中的该大多数M

在至少一个实施例中，该电磁波信号具有单一波长。

在至少一个实施例中，该电磁波信号包括多个信号，每个信号在多波长系统中具有不同的波长。

在至少一个实施例中，该系统还包括色散补偿装置，该色散补偿装置被配置为将多个信号基本上全部从一个孔径装置引导到另一个孔径装置。

在至少一个实施例中，该色散补偿装置包括使用消色差傅立叶变换透镜的多波长光束引导装置。

在至少一个实施例中，第一阵列中的孔径装置包括体全息光栅、角立方体回射器、衍射光栅、反射镜、部分再生器或完全再生器。

在至少一个实施例中，第二阵列至第N阵列中的至少一个阵列中的孔径装置包括体全息光栅、角立方体回射器、衍射光栅、反射镜、部分再生器或完全再生器。

在至少一个实施例中，第一阵列中的孔径装置位于含有一个或多个卫星的一组或多组卫星中，第二阵列至第N阵列中的至少一个阵列中的孔径装置位于含有一个或多个卫星的一组或多组卫星中。

在至少一个实施例中，第一阵列至第N阵列中的孔径装置位于基本密封的空腔内。

本发明还涉及一种用于延长电磁波信号路径长度的系统，该系统包括分别具有M

在至少一个实施例中，第一阵列中的该另一M

在至少一个实施例中，第一阵列中的该大多数M

在至少一个实施例中，该电磁波信号具有单一波长。

在至少一个实施例中，该电磁波信号包括多个信号，每个信号在多波长系统中具有不同的波长。

在至少一个实施例中，该系统还包括色散补偿装置，该色散补偿装置被配置为将多个信号基本上全部从一个孔径装置引导到另一个孔径装置。

在至少一个实施例中，该色散补偿装置包括使用消色差傅里叶变换透镜的多波长光束导向装置。

在至少一个实施例中，第一阵列中的孔径装置包括体全息光栅、角立方体回射器、衍射光栅、反射镜、部分再生器或完全再生器。

在至少一个实施例中，第二阵列至第N阵列中的至少一个阵列中的孔径装置包括体全息光栅、角立方体回射器、衍射光栅、反射镜、部分再生器或完全再生器。

在至少一个实施例中，第一阵列中的孔径装置位于含有一个或多个卫星的一组或多组卫星中，第二阵列至第N阵列中的至少一个阵列中的孔径装置位于含有一个或多个卫星的一组或多组卫星中。

在至少一个实施例中，第一阵列至第N阵列中的孔径装置位于基本密封的空腔内。

本发明还涉及一种用于延长电磁波信号路径长度的系统，该系统包括分别具有M

在至少一个实施例中，第一阵列中的该另一M

在至少一个实施例中，第一阵列中的该大多数M

在至少一个实施例中，该电磁波信号具有单一波长。

在至少一个实施例中，该电磁波信号包括多个信号，每个信号在多波长系统中具有不同的波长。

在至少一个实施例中，该系统还包括色散补偿装置，该色散补偿装置被配置为将多个信号基本上全部从一个孔径装置引导到另一个孔径装置。

在至少一个实施例中，该色散补偿装置包括使用消色差傅立叶变换透镜的多波长光束导向装置。

在至少一个实施例中，该第一阵列中的孔径装置包括体全息光栅、角立方体回射器、衍射光栅、反射镜、部分再生器或完全再生器。

在至少一个实施例中，第二阵列至第N阵列中的至少一个阵列中的孔径装置包括体全息光栅、角立方体回射器、衍射光栅、反射镜、部分再生器或完全再生器。

在至少一个实施例中，第一阵列中的孔径装置位于含有一个或多个卫星的一组或多组卫星中，第二阵列至第N阵列中的至少一个阵列中的孔径装置位于含有一个或多个卫星的一组或多组卫星中。

在至少一个实施例中，第一阵列至第N阵列中的孔径装置位于基本密封的空腔内。

此外，本发明还涉及一种用于延长电磁波信号路径长度的方法，该电磁波信号在分别具有M

在至少一个实施例中，第一阵列中的该另一M

在至少一个实施例中，第一阵列中的该大多数M1孔径装置包括该M

在至少一个实施例中，该电磁波信号具有单一波长。

在至少一个实施例中，该电磁波信号包括多个信号，每个信号在多波长系统中具有不同的波长。

在至少一个实施例中，该方法还包括使用色散补偿装置将多个信号基本上全部从一个孔径装置引导到另一个孔径装置。

在至少一个实施例中，该色散补偿装置包括使用消色差傅立叶变换透镜的多波长光束导向装置。

在至少一个实施例中，第一阵列中的孔径装置包括体全息光栅、角立方体回射器、衍射光栅、反射镜、部分再生器或完全再生器。

在至少一个实施例中，第二阵列至第N阵列中的至少一个阵列中的孔径装置包括体全息光栅、角立方体回射器、衍射光栅、反射镜、部分再生器或完全再生器。

在至少一个实施例中，第一阵列中的孔径装置位于含有一个或多个卫星的一组或多组卫星中，第二阵列至第N阵列中的至少一个阵列中的孔径装置位于含有一个或多个卫星的一组或多组卫星中。

在至少一个实施例中，第一阵列至第N阵列中的孔径装置位于基本密封的空腔内。

本发明还涉及一种用于延长电磁波信号的路径长度的方法，该电磁波信号在分别具有M

在至少一个实施例中，第一阵列中的该另一M

在至少一个实施例中，第一阵列中的该大多数M

在至少一个实施例中，该电磁波信号具有单一波长。

在至少一个实施例中，该电磁波信号包括多个信号，每个信号在多波长系统中具有不同的波长。

在至少一个实施例中，该方法还包括使用色散补偿装置将多个信号基本上全部从一个孔径装置引导到另一个孔径装置。

在至少一个实施例中，该色散补偿装置包括使用消色差傅立叶变换透镜的多波长光束导向装置。

在至少一个实施例中，第一阵列中的孔径装置包括体全息光栅、角立方体回射器、衍射光栅、反射镜、部分再生器或完全再生器。

在至少一个实施例中，第二阵列至第N阵列中的至少一个阵列中的孔径装置包括体全息光栅、角立方体回射器、衍射光栅、反射镜、部分再生器或完全再生器。

在至少一个实施例中，第一阵列中的孔径装置位于含有一个或多个卫星的一组或多组卫星中，第二阵列至第N阵列中的至少一个阵列中的孔径装置位于含有一个或多个卫星的一组或多组卫星中。

在至少一个实施例中，第一阵列至第N阵列中的孔径装置位于基本密封的空腔内。

此外，本发明涉及一种用于延长电磁波信号路径长度的方法，该电磁波信号在分别具有M

在至少一个实施例中，第一阵列中的该另一M

在至少一个实施例中，第一阵列中的该大多数M

在至少一个实施例中，该电磁波信号具有单一波长。

在至少一个实施例中，该电磁波信号包括多个信号，每个信号在多波长系统中具有不同的波长。

在至少一个实施例中，该方法还包括使用色散补偿装置将多个信号基本上全部从一个孔径装置引导到另一个孔径装置。

在至少一个实施例中，该色散补偿装置包括使用消色差傅立叶变换透镜的多波长光束导向装置。

在至少一个实施例中，第一阵列中的孔径装置包括体全息光栅、角立方体回射器、衍射光栅、反射镜、部分再生器或完全再生器。

在至少一个实施例中，第二阵列至第N阵列中的至少一个阵列中的孔径装置包括体全息光栅、角立方体回射器、衍射光栅、反射镜、部分再生器或完全再生器。

在至少一个实施例中，第一阵列中的孔径装置位于含有一个或多个卫星的一组或多组卫星中，第二阵列至第N阵列中的至少一个阵列中的孔径装置位于含有一个或多个卫星的一组或多组卫星中。

在至少一个实施例中，第一阵列至第N阵列中的孔径装置位于基本密封的空腔内。

在至少一个实施例中，该孔径装置可以位于外层空间、自由空间、空气环境中或部分或高度真空环境中。

附图说明

将参照附图描述本发明的示例性实施例，其中：

图1是根据本发明示例性实施例的角度复用的部分实现的示意图。

图2是根据本发明另一示例性实施例的角度复用的部分实现的示意图。

图3是根据本发明又一示例性实施例的角度复用的部分实现的示意图。

图4是根据本发明示例性实施例的用于多波长电磁波信号的角度复用的部分实现的示意图。

具体实施方式

信息或任何种类的数据都可以存储为电磁波(例如，由激光、光束、射频(RF)信号、其他类型的电磁波信号等产生)，其可以在各种传播介质(例如，自由空间、真空、晶体、非线性介质、光波导、光纤等)结构之间或结构内传播和/或反射。术语“电磁波信号”和“电磁波束”在这里可互换使用。这里使用的电磁辐射或电磁束可以包括任何种类的电磁波信号，包括激光束或信号、微波激射束或信号、光束或信号；或任何类型的有线或无线信号，包括声波、无线电波、红外辐射、紫外辐射、微波波段传播；或上述一种以上的任意组合。虽然这里有时简称为激光束或信号，但是也包括其他类型的光信号和其他类型的电磁辐射传播，包括无线电波、微波、红外、紫外和电磁辐射波长的带宽的组合，无论是导向的、成形的、定相的、还是非导向的、非成形的、非定相的。

通过使可能携带数据的电磁波信号保持不断移动中状态，在结构之间或结构内传播和/或反射，并根据需要再生(例如，通过信号放大或再生)，再循环回路可用于存储“移动中数据”。再循环回路可以由例如卫星或其他在自由空间中反射或以其他方式转发数据的飞船构成。再循环回路可以包括波导，例如光纤。在美国专利申请第15/465，356号中描述了在再循环回路中存储移动中数据的各种系统和方法，其公开号为US2017/0280211A1，该专利以其全部内容通过引用并入本文。

在实施例中，用于在再循环回路中存储电磁波信号的系统可以被配置为熄灭或“关闭”存储在其中的电磁波信号。当电磁波信号被熄灭时，存储在其中的数据会立即完全丢失且不可恢复，这与从固态存储器中擦除的数据不同。

为增加该种系统的数据存储时间和容量，电磁波信号需要尽可能长时间地保持或“延迟”在循环回路中。电磁波信号的延迟可能还有其他应用，例如能够在远程激光雷达或雷达中使用较短相干长度主振荡器。

电磁波信号路径长度是电磁波信号在循环回路中传播的距离，电磁波信号存储时间是电磁波信号路径长度除以介质或真空中的光速或电磁波信号。通过延长电磁波信号路径长度并由此增加电磁波信号存储时间，可以存储更多的移动中数据，却无需更高的数据速率。

本发明公开了利用被称为“角度复用”的空分复用技术来延长电磁波信号路径长度的系统和方法。在本文中，术语“角度复用”是指一种通过增加(例如，倍增)电磁波信号用于在再循环回路(例如，仅部分地、单次或多次经过再循环回路)中传播的孔径装置之间或孔径装置组之间的路径的数量和/或长度以延长电磁波信号路径长度的技术。例如，角度复用技术可以通过创建电磁波信号路径来延长电磁波信号路径长度，该电磁波信号路径从第一组孔径装置中的第一孔径装置到达并离开第二组孔径装置中的每个或大量的孔径装置，然后从第一组孔径装置中的第二孔径装置到达和离开第二组孔径装置中的每个或大量孔径装置，以此类推。由于电磁波信号多次来回穿越同一区域，电磁波信号路径长度可以在给定空间内扩展。

电磁波信号从一个孔径装置或孔径装置阵列到另一孔径装置或孔径装置阵列中的传播顺序可以是灵活的，这可以由特定实施例的设计者选择。此外，孔径装置的数量可以是灵活的，这可以由该特定实施例的设计者来选择。在实施例中，可以使用参与阵列中的所有可用孔径装置。在替代实施例中，可以使用大量可用的孔径装置。

如本文所使用的，术语“孔径装置”是指被配置成接收、发送、反射、重定向和/或重新发送电磁波信号的任何光学/光子/电磁(如本文所定义的，包括声学)元件或设备。孔径装置的例子包括，但不限于，镜子、光栅，例如衍射光栅或体全息光栅、角立方体回射器、光子晶体结构、包括梯度折射率材料的光学器件、部分再生器、完全再生器及其任何适当的组合，仅举数例子。术语“一组孔径装置”是指离散的一组孔径装置(例如，任意数量的阵列，每个阵列具有任意数量的孔径装置)，或者有限数量的在一个方向上可能较长的孔径装置，而该长孔径部分充当独立的孔径装置。例如，在图4中，顶部和底部元件组401、402中的每个均示出了单个长孔径装置。因此，在实施例中，多个离散孔径装置可以用作单个孔径装置，并且孔径装置阵列可以被细分为多个子孔径装置。

例如，在具有两个相对设置的孔径装置阵列中的系统中，可以通过在第一阵列中的每个孔径装置和第二阵列中的每个孔径装置之间的所有可能路径上或大多数可能路径上传播电磁波信号来延长电磁波信号路径长度。在实施例中，这可以推广到具有任意数量阵列中的系统，每个阵列具有任意数量的孔径装置。

角度复用技术可以显著延长电磁波信号在多个孔径装置之间的路径长度，导致电磁波信号传播的距离更长，因此在再循环回路中电磁波信号的存储时间更长。在给定的数据速率下，电磁波信号存储时间的增加可以增加再循环回路可以存储的移动中数据量。

现在参考附图，特别是图1-3，所提供的示意图示除了根据示例性实施例的多个孔径装置之间的角度复用的部分实现。虽然这些附图中的每个都示出了三个阵列，每个阵列包括三个、四个或五个孔径装置，但是阵列中的数量和每个阵列中的孔径装置的数量并不受本发明的限制。此外，虽然图1-3示出了使用可用孔径装置之间的所有可用路径，但给定的实施方式仅可以使用大多数的可用路径。角度复用技术可以应用于在每个阵列中具有任意数量的阵列(例如两个或多个阵列)和任意数量的孔径装置(例如一个或多个孔径装置)的系统，只要电磁波信号可以在阵列和孔径装置之间传播。角度复用技术也可以应用于具有阵列和孔径装置的任何种类的物理或几何排列(例如，线性、圆形、平面或随机排列的孔径装置，仅举数例)的系统。此外，每个阵列相对于每个其他阵列中的位置可以是灵活的，并且不受本发明的限制，只要电磁波信号可以在阵列之间传播。此外，一个阵列中的每个孔径装置相对于同一阵列中的每个其他孔径装置的位置可以是灵活的，并且不受本发明的限制，只要电磁波信号可以在孔径装置之间传播。同样，一个阵列中的每个孔径装置相对于其他阵列中的每个孔径装置的位置可以是灵活的，并且不受本发明的限制，只要电磁波信号可以在孔径装置之间传播。例如，角度复用可以在从小到一米或更小到100，000千米或更大的距离范围内实现。在另一个例子中，可以在存储系统两侧的每一侧使用60米长的孔径装置阵列来实现角度复用。在实施例中，电磁波信号可以通过波导或光纤在孔径装置之间传播。在利用卫星的实施例中，阵列可以指多个卫星上的孔径装置，在给定卫星上的阵列中只有一个或一个以上的孔径装置。因此，图1-3中的示意图不一定反映阵列和每个阵列内的孔径装置的实际物理布置，也不一定按比例绘制。

角度复用技术可以应用于放置在任何位置的孔径装置阵列，只要电磁波信号可以在孔径装置之间传播。例如，一个或多个阵列中的孔径装置可以位于外层空间的含有一个或多个卫星的一个或多个组中，并且至少一个其他阵列中的孔径装置可以位于外层空间的一个或多个卫星的一个或多个组中。在实施例中，孔径装置可以位于外层空间、自由空间中，并且可以位于大气中、部分真空中或高真空中。

在另一个例子中，孔径装置阵列可以位于任何尺寸或形状的部分打开或基本密封的空腔内。如本文所用，术语“空腔”是指包括可在其中传播电磁波信号的、具有任何尺寸或形状的至少一个部分或完全封闭的空间(例如，部分开放或完全密封的外壳)的任何结构。空腔内的封闭空间可以是中空的，并且这种中空空间在接近真空的条件下具有大约为1的折射率，这允许电磁波信号在真空中以接近光速的速度传播。或者，空腔内的封闭空间可以填充有折射率大于1的材料(例如，固体、晶体、无定形材料、液体等)，电磁波信号在其中的传播慢于真空。在另一个例子中，空腔可以是由其自身的内表面和外表面封闭的固体材料(例如，晶体、无定形固体，仅举数例)。优选地，填充空腔的这种材料被配置为允许电磁波信号以低损耗传播。空腔的示例性几何形状包括立方体空腔、矩形空腔、管状空腔、环形空腔、球形空腔、多面体空腔、平行四边形空腔、棱柱形空腔和蛋形空腔等。例如，实现角度复用的孔径装置阵列可以位于长度为100米、宽度为30米、高度为2米的矩形腔室内。在实施例中，实现角度复用的孔径装置阵列可以位于基本真空条件的密封腔内。

图1示出了根据一个示例性实施例的具有三个阵列的系统100，其中第一阵列具有三个孔径装置111、112和113，第二阵列具有五个孔径装置121、122、123、124和125，第三阵列具有四个孔径装置131、132、133和134。图1示意性地示出了角度复用的部分实现，其中根据该示例性实施例，电磁波信号101可以沿以下路径传播:从第一阵列中的第一孔径装置111出发，电磁波信号101顺序地传播到第二阵列中的每个孔径装置121、122、123、124和125，并返回到第一阵列中的第一孔径装置111。一旦到达第二阵列中的每个孔径装置，电磁波信号101随后从第一阵列中的第一孔径装置111依次传播到第三阵列中的每个孔径装置131、132、133和134，并返回到第一阵列中的第一孔径装置111。一旦它从最后一个阵列中的最后一个孔径装置(例如，第三阵列中的孔径装置134)返回到第一阵列中的第一个孔径装置111，电磁波信号101就可以从第一个孔径装置111发送到同一阵列中的相邻孔径装置(例如，第一阵列中的第二个孔径装置112)。电磁波信号101从第一阵列中的第二孔径装置112依次传播到第二和第三阵列中的每个孔径装置121、122、123、124、125、131、132、133和134，并返回到第一阵列中的第二孔径装置112。为了简化该图，在图1中仅示出了电磁波信号101向上传播并包括从孔径装置112到孔径装置121并返回孔径装置112的往返传播，电磁波信号101的后续传播未在图1中示出。一旦它从最后一个阵列中的最后一个孔径装置(例如，第三阵列中的孔径装置134)返回到第一阵列中的第二孔径装置112，电磁波信号101就可以从孔径装置112发送到同一阵列中的相邻孔径装置(例如，第三孔径装置113)。可以重复类似的过程，直到电磁波信号101从最后一个阵列中的最后一个孔径装置(例如，第三阵列中的孔径装置134)返回到第一阵列中的最后一个孔径装置(例如，孔径装置113)。

在实施例中，电磁波信号101的光路可以在例如获取电磁波信号101时终止。在替代实施例中，电磁波信号101可以从第一阵列中的最后一个孔径装置113发送回第一阵列中的第一个孔径装置111，并且整个过程可以再次重复。在又一替代实施例中，整个过程可以相反顺序进行：将电磁波信号101从第一阵列中的最后一个孔径装置(例如孔径装置113)发送到第一阵列中的第二至最后一个孔径装置(例如孔径装置112)，然后最终返回到第一阵列中的第一个孔径装置111，然后从该第一阵列中的第一个孔径装置111出发再次以前向顺序重复整个过程。在又一替代实施例中，电磁波信号101可以从第一阵列中的最后一个孔径装置113发送到第二阵列中的第一个孔径装置121。从第二阵列中的第一孔径装置121开始，第二阵列中的孔径装置可以进行的过程类似于由第一阵列中的孔径装置初始进行的过程。

在实施例中，电磁波信号可以以任何预定的、重新排列的、可调的和/或可重新配置的方式在不同孔径装置和不同阵列之间的所有或部分路径传播，这不同于上面关于图1和下面关于图2-4描述的示例性过程。例如，在实施例中，一旦电磁波信号已经从最后一个阵列中的最后一个孔径装置(例如，图1中的第三个阵列中的孔径装置134)返回到第一个阵列中的第一个孔径装置(例如，图1中的孔径装置111)，则电磁波信号可以从第一个孔径装置(例如，孔径装置111)发送到第一个阵列中的任何其他孔径装置(例如，图1中的孔径装置113)。在替代实施例中，该其他孔径装置邻近第一个孔径装置。

图2示出了根据一个示例性实施例的具有三个阵列的系统200，其中第一阵列具有三个孔径装置211、212和213，第二阵列具有五个孔径装置221、222、223、224和225，第三阵列具有四个孔径装置231、232、233和234。图2示意性地示出了角度复用的部分实现，其中根据该示例性实施例，电磁波信号201可以沿以下路径传播:从第一阵列中的第一孔径装置211出发，电磁波信号201顺序地传播到第二阵列中的每个孔径装置221、222、223、224和225，并返回到第一阵列中的第一孔径装置211。一旦到达第二阵列中的每个孔径装置，电磁波信号201随后从第一阵列中的第一孔径装置211依次传播到第一孔径装置中的每个孔径装置，通过第三阵列中的第二至最后孔径装置231、232和233，并回到第一阵列中的第一孔径装置211。一旦电磁波信号201已经从最后一个阵列中的第二至最后一个孔径装置(例如，第三个阵列中的孔径装置233)返回到第一个阵列中的第一个孔径装置211，第一个阵列中的第一个孔径装置211随后可以将电磁波信号201发送到最后一个阵列中的最后一个孔径装置(例如，第三个阵列中的孔径装置234)，然后可以将电磁波信号201重定向到与第一个阵列中的第一个孔径装置211相邻的孔径装置(例如，孔径装置212)。电磁波信号201从第一阵列中的第二孔径装置212依次传播到第二和第三阵列中的每个孔径装置221、222、223、224、225、231、232和233，并返回到第一阵列中的第二孔径装置212。为了简化该图，在图2中仅示出了电磁波信号201向上传播并包括从孔径装置212到孔径装置221并返回孔径装置212的往返传播，电磁波信号201的后续传播未在图2中示出。一旦电磁波信号201已经从最后一个阵列中的第二至最后一个孔径装置(例如，第三阵列中的孔径装置233)返回到第一阵列中的第二孔径装置212，第一阵列中的第二孔径装置212可以将电磁波信号201发送到最后一个阵列中的最后一个孔径装置(例如，第三阵列中的孔径装置234)，然后可以将电磁波信号201重定向到第一阵列中与第二孔径装置212相邻的孔径装置(例如，孔径装置213)。类似的过程可以重复，直到电磁波信号201从第一阵列中的最后一个孔径装置(例如孔径装置213)发送到最后一个阵列中的最后一个孔径装置(例如孔径装置234)。

在实施例中，电磁波信号201的光路可以在例如获取电磁波信号201时终止。在替代实施例中，电磁波信号201可以从最后一个阵列中的最后一个孔径装置(例如孔径装置234)发送回第一个阵列中的第一个孔径装置211，并且整个过程可以再次重复。在又一替代实施例中，此时整个过程可以相反的顺序进行：将电磁波信号201从最后一个阵列中的最后一个孔径装置(例如，第三阵列中的孔径装置234)发送到第一阵列中的第二至最后一个孔径装置(例如，孔径装置212)，然后最终返回到第一阵列中的第一个孔径装置211，然后从该第一阵列中的第一个孔径装置211以前向顺序重复整个过程。在又一替代实施例中，电磁波信号201可以从最后一个阵列中的最后一个孔径装置(例如孔径装置234)发送到第二阵列中的第一孔径装置221。从该第二阵列中的第一孔径装置221开始，第二和第三阵列中的孔径装置可以进行的过程类似于由第一和第三阵列中的孔径装置初始进行的过程。

在实施例中，电磁波信号可以以任何预定的、重新排列的、可调的和/或可重新配置的方式穿过不同孔径装置和不同阵列之间的所有或部分路径，这不同于上面关于图2描述的示例性过程。例如，在实施例中，当电磁波信号从最后一个阵列中的最后一个孔径装置(例如，图2中第三阵列中的孔径装置234)返回到第一阵列时，它可以返回到第一阵列中的任何其他孔径装置(例如，孔径装置213)。在替代实施例中，该其他孔径装置邻近第一个孔径装置。

图3示出了根据一个示例性实施例的具有三个阵列的系统300，其中第一阵列具有三个孔径装置311、312和313，第二阵列具有五个孔径装置321、322、323、324和325，第三阵列具有四个孔径装置331、332、333和334。图3示意性地示出了角度复用的部分实现，其中根据示例性实施例，电磁波信号301可以沿以下路径传播:从第二阵列中的第一孔径装置321出发，电磁波信号301首先被发送到第一阵列中的第一孔径装置311。然后，从第一阵列中的第一孔径装置311出发，电磁波信号301依次传播至第二阵列中的第二至最后一个孔径装置322、323、324和325中的每个孔径装置，并返回到第一阵列中的第一孔径装置311。电磁波信号301随后从第一阵列中的第一孔径装置311顺序传播到第三阵列中的第一孔径装置至第二到最后一个孔径装置331、332和333中的每一个孔径装置，并返回到第一阵列中的第一孔径装置311。一旦电磁波信号301从最后一个阵列中的第二至最后一个孔径装置(例如，第三个阵列中的孔径装置333)返回到第一个阵列中的第一个孔径装置311，第一个阵列中的第一个孔径装置311随后可以将电磁波信号301发送到最后一个阵列中的最后一个孔径装置(例如，第三个阵列中的孔径装置334)，然后可以将电磁波信号301重定向到与第一个阵列中的第一个孔径装置311相邻的孔径装置(例如，孔径装置312)。从第一阵列中的第二孔径装置312出发，电磁波信号301依次传播到第二和第三阵列中的每个孔径装置321、322、323、324、325、331、332和333，并返回到第一阵列中的第二孔径装置312。为了简化该图，图3中仅示出了电磁波信号301向上传播并包括从孔径装置312到孔径装置321然后返回孔径装置312的往返传播，电磁波信号301的后续传播未在图2中示出。一旦电磁波信号301已经从最后一个阵列中的第二至最后一个孔径装置(例如，第三阵列中的孔径装置333)返回到第一阵列中的第二孔径装置312，第一阵列中的第二孔径装置312可以将电磁波信号301发送到最后一个阵列中的最后一个孔径装置(例如，第三阵列中的孔径装置334)，然后可以将电磁波信号301重定向到第一阵列中与第二孔径装置312相邻的孔径装置(例如，孔径装置313)。可以重复类似的过程，直到电磁波信号301从第一阵列中的最后一个孔径装置(例如孔径装置313)发送到最后一个阵列中的最后一个孔径装置(例如孔径装置334)。

在实施例中，电磁波信号301的光路可以在例如获取到电磁波信号301时结束。在替代实施例中，电磁波信号301可以从最后一个阵列中的最后一个孔径装置(例如孔径装置334)发送回第一个阵列中的第一个孔径装置311，并且整个过程可以再次重复，但该些过程现在将包括从第一个阵列中的第一个孔径装置311到第二个阵列中的第一个孔径装置321以及回到第一个阵列中的第一个孔径装置311的往返传播。在又一替代实施例中，整个过程可以相反的顺序进行：将电磁波信号301从最后一个阵列中的最后一个孔径装置(例如，第三阵列中的孔径装置334)发送到第一阵列中的第二至最后一个孔径装置(例如，孔径装置312)，然后最终返回到第一阵列中的第一个孔径装置311，从该第一阵列中的第一个孔径装置311开始，整个过程可以前向顺序再次重复，但该过程现在包括从第一阵列中的第一孔径装置311到第二阵列中的第一孔径装置321并回到第一阵列中的第一孔径装置311的往返传播。在又一替代实施例中，电磁波信号301可以从最后一个阵列中的最后一个孔径装置(例如孔径装置334)发送到第二阵列中的第一孔径装置321。从第二阵列中的第一孔径装置321出发，第二和第三阵列中的孔径装置可以进行的过程类似于由第一和第三阵列中的孔径装置初始进行的过程。

在实施例中，电磁波信号可以以任何预定的、重新排列的、可调的和/或可重新配置的方式穿过不同孔径装置和不同阵列之间的所有或部分路径，这不同于上面关于图3描述的示例性过程。例如，在实施例中，当电磁波信号从最后一个阵列中的最后一个孔径装置(例如，图3中第三阵列中的孔径装置334)返回到第一阵列时，它可以返回到第一阵列中的任何其他孔径装置(例如，孔径装置313)。在替代实施例中，该其他孔径装置邻近第一个孔径装置。

在实施例中，角度复用可以单独使用，或者可以与其他类型的复用方法结合使用，例如波分复用、空间模式复用等，以扩展循环回路的数据存储容量。例如，角度复用可以与针对不同波长的多个通道和针对每个波长的不同空间模式(例如，轨道角度模式(OAM))的多个通道结合使用。

可用于实现角度复用的孔径装置包括但不限于反射镜、光栅，例如衍射光栅或体全息光栅、角立方体回射器、光子晶体结构、包括梯度折射率材料的光学器件、部分再生器、完全再生器及其任何适当的组合，仅举几例。

在实施例中，角度复用可以通过使用体全息光栅(“VHG”)来实现，体全息光栅包括被配置为执行多于一个功能的光学元件。体全息光栅是衍射光学元件，由周期相位或吸收扰动组成，贯穿元件的整个体积。当入射电磁波束满足布拉格(Bragg)相位匹配条件时，它被周期性扰动衍射。对于体相位全息图，可以将大约100％的入射基准光衍射到信号波中，即，可以实现电磁波束的完全衍射。这种高折射率使得体全息光栅特别适用于角度复用。对于体全息光栅，入射电磁波束只有在满足布拉格相位匹配条件时才会发生衍射。因此，可以使来自特定角度的光完全透过体全息光栅。由于衍射发生的波长和角度范围有限，同一体积内可能有多个独立工作且互不干扰的体全息光栅。例如，如果在同一设备中以相同的入射角记录两个不同布拉格波长的两个体全息光栅，该设备可以将两个选定波长衍射到不同的输出方向，而仅发生有限的串扰。在实施例中，体全息光栅的这些特征和能力可用于实现角度复用。

在实施例中，角度复用的实现可以使用具有单一波长的电磁波信号以及使用包括例如角立方体回射器、反射表面和体全息光栅的组合的孔径装置。

在实施例中，角度复用可由电磁波信号实现，该电磁波信号包括多个信号，每个信号在多波长系统中具有不同的波长。在这样的实施例中，可以使用色散补偿设备或方法。色散补偿装置或方法可以被配置为将多个信号基本上全部从一个孔径装置引导到另一个孔径装置，使得信号可以同时遵循孔径装置之间的同一光路。根据光栅方程，光栅指向与波长成正比的角度，用于小角度导向。因此，波长较长的信号转向较大的角度，而波长较短的信号转向较小的角度。如果角度复用要求所有的光从一个特定的孔径装置传播到另一个特定的孔径装置，则需要消除基于波长大小的来自光栅的光的扩散(例如，需要补偿色散效应)。例如，色散补偿可以通过使用一个或多个消色差傅里叶变换透镜的多波长光束导向装置来实现。即使这些透镜具有可变焦距从而可以改变它们的焦距，但它们具有恒定的后焦距因此可以聚焦在同一个点上。

在实施例中，角度复用可以通过使用具有不同波长的电磁波信号来实现，并且允许它们以不同的角度从孔径装置(例如色散元件)发射，并且在再循环回路中采用不同的光路，如图4所示。图4示意性地示出了根据示例性实施例的角度复用的部分实现，其中每个不同波长的电磁波信号在不同路径中传播。在图4中，具有不同波长的电磁波信号403、404、405从连续光栅402以不同角度发射，并被导向至位于相对侧的不同孔径装置401。在实施例中，位于该相对侧的孔径装置401可以包括连续的角立方体回射器。

在实施例中，一个或多个放大器和/或再生器可以用于将电磁波信号的一些或所有方面恢复到它们的原始或先前状态。在实施例中，还可以使用被配置为清除电磁波信号的附加设备。在多孔径装置系统中传播的电磁波信号可能经历强度和振幅的损失、信号的扩散和/或噪声和误差的增加，这是由于例如在孔径装置处的多次反射、各种色散和非线性效应、各种散射事件和/或光的自发发射。因此，当电磁波信号在多个孔径装置之间传播时，可能需要在不同的时间点或空间点放大和/或再生。

在实施例中，放大器和/或再生器可以放置在一些或所有孔径装置内。在实施例中，放大器和/或再生器可以放置在孔径装置的外部，并且遵循孔径装置之间的电磁波束路径。放大器和/或再生器被配置为将通过的电磁波信号恢复到其原始或先前状态和/或补偿任何劣化。放大器可以是被配置为放大电磁波信号的任何设备。在实施例中，放大器可以包括晶体或光纤。在实施例中，晶体和光纤可以被荧光剂掺杂。在实施例中，放大器中使用的光纤可以包括在输入端将电磁波信号注入光纤的附加设备，以及在输出端将电磁波束恢复到其原始形状和尺寸的其他设备。

全信号再生通常被称为“3R”过程，包括信号的重定时、波形整形和再放大(或放大)。再生器可以被配置为进行全电磁波信号再生。可选地，再生器可以被配置为通过部分地重定时和/或波形整形和/或再放大电磁波信号来仅恢复电磁波信号的部分方面。在实施例中，再生器还可以被配置为实现纠错以恢复丢失的信息或纠正引入移动中数据中的错误。再生器的数量可以取决于孔径装置的数量和设计、电磁波信号从其中通过的传播介质、和/或角度复用的性能，该数量可以从无到非常大。

任何被配置为全部或部分地再放大、波形整形和/或重定时电磁波信号的装置都可以用于构建再生器。再生器可以通过多种方式实现。在实施例中，再生器可以是全光或光电再生器，其中全光再生器被配置为在光域中以全光方式再生电磁波信号，而光电再生器被配置为将部分或全部电磁波信号转换为电域中的相应电信号，以电方式再生转换后的电信号，并将再生后的电信号转换为光域中的相应电磁波信号。在实施例中，再生器可以包括至少一个放大器和至少一个吸收器。在实施例中，再生器可以包括至少一个被配置为在饱和状态下运行的放大器。在实施例中，再生器可以包括非线性滤波器，该非线性滤波器被配置为提供增益稳定并降低电磁波信号中的噪声。在实施例中，再生器可以包括晶体或光纤。在实施例中，再生器可以包括由荧光剂掺杂的晶体或光纤。在实施例中，再生器中使用的光纤可以包括在输入端将电磁波信号注入光纤的附加设备，以及在输出端将电磁波束恢复到其原始形状和尺寸的其他设备。

虽然已经结合以上描述的和附图中示出的示例性实施例描述了本发明，但是明显地，本发明的原理可以使用任何数量的技术来实现，无论该等技术当前是否已知，并且形式和细节上的许多替代、修改和变化对于本领域技术人员来说是显而易见的。在不脱离本发明范围的情况下，可以对本文描述的系统、设备和方法进行修改、添加或省略。例如，系统和装置的组件可以是集成的或分离的。此外，本文公开的系统和装置的操作可以由更多、更少或其他组件来执行，并且所描述的方法可以包括更多、更少或其他步骤。另外，步骤可以以任何合适的顺序执行。

如本文所定义的，电磁波包括声波。因此，信息或任何种类的数据的移动中存储也可以使用声波(即声音)来实现。声速的典型值包括在水中约1500米/秒，在空气中约330米/秒，在钢中约6000米/秒。(在每种情况下都有一个速度范围)。频率方面，声波可以在几十MHz的范围内。例如，一些医疗超声设备在几十兆赫的范围内工作。通常，较低频率的声音在距离上的衰减也较小。

从这方面来说，如果携带信息或任何种类的移动中数据的波信号是声波，那么较低的声速(与光速相比)能够存储更多的移动数据，而不需要更高的数据速率来引入数据。

信息或任何种类的数据可以使用各种传播介质(例如空气和钢，仅举几例)中的声波在结构之间或结构内传播和/或反射。使用声波的移动中存储的实施例可以使用上述介质来构建。对于钢铁来说，铁轨可能是一种长距离介质。声波可以使用各种振动源产生，包括晶体换能器和扬声器，等等。麦克风检测声波。声学技术在音响系统、消除振动系统和测量振动系统中有着重要的基础。根据在本申请中公开的实施例中采用的原理，该设备技术可以用于开发使用声波的移动中存储系统。

因此，如上所述，本发明的示例性实施例旨在是说明性的，而不是限制性的，并且本发明的精神和范围将被宽泛地解释，并且仅由所附权利要求限定，而不由前述说明书限定。

此外，除非另有特别说明，附图中描绘的物品不一定按比例绘制。