JP2002214461A

JP2002214461A - 光信号処理ビーム形成回路およびそれに用いる積層型光導波路アレー

Info

Publication number: JP2002214461A
Application number: JP2001009052A
Authority: JP
Inventors: Tomohiro Akiyama; 智浩秋山; Keizo Inagaki; 惠三稲垣; Makoto Hikita; 真疋田
Original assignee: NTT Advanced Technology Corp; ATR Adaptive Communications Research Laboratories
Current assignee: NTT Advanced Technology Corp; ATR Adaptive Communications Research Laboratories
Priority date: 2001-01-17
Filing date: 2001-01-17
Publication date: 2002-07-31

Abstract

(57)【要約】【課題】アンテナから出射するマイクロ波の指向性を
広範囲に制御でき、かつ、アンテナのコンパクト化が可
能な光信号処理ビーム形成回路およびそれに用いる積層
型光導波路アレーを提供する。【解決手段】光信号処理ビーム形成回路１０は、光導
波路アレー１，２と、レンズ３とを備える。光導波路ア
レー１，２は、複数の導波路を積層して成り、光導波路
アレー２の入射面における複数の導波路はレンズ３によ
って集光されたレーザ光のスポット径よりも小さい領域
に設けられる。光導波路アレー１は、複数の導波路から
任意に選択された２つの導波路から信号光と参照光とを
入射し、信号光と参照光とを異なる位置からレンズ３へ
出射する。レンズ３は信号光と参照光とをフーリエ変換
して光導波路アレー２へ照射する。光導波路アレー２は
複数の導波路によってフーリエ変換された信号光と参照
光とをサンプリングする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、移動体通信、ワ
イヤレスＬＡＮ（ＬｏｃａｌＡｒｅａＮｅｔｗｏｒ
ｋ）、および衛星通信などの高度な無線通信システムに
おけるビーム制御に用いて有用な積層型光導波路アレー
およびそれを用いた光信号処理ビーム形成回路に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、移動体通信や衛星通信が益々重要
になっている。このような移動体通信や衛星通信におい
ては、できる限り広範囲から電波を受信し、広範囲に電
波を送信する必要がある。

【０００３】即ち、図１８に示すように、通信衛星２０
０のアンテナ２０１は、地球２１０上の各地域から広範
囲に電波２２０を受信することが望ましい。通信衛星２
００のアンテナ２０１には、通常、アダプティブアレー
アンテナが用いられ、アダプティブアレーアンテナは、
例えば、図１９に示すようにアンテナ素子２０１１〜２
０１ｍと、移相器２０２１〜２０２ｍ，２０３１〜２０
３ｍと、合成器２０２，２０３とを備える。図１９に示
すアダプティブアレーアンテナは、２つの方向からの電
波を受信する場合を示したものである。移相器２０２１
〜２０２ｍは、それぞれ、アンテナ素子２０１１〜２０
１ｍが受信した電波のうち、アンテナ素子２０１１〜２
０１ｍに正面から入射した電波のみを検出し、合成器２
０２へ検出した電波を送信する。また、移相器２０２１
〜２０２ｍは、それぞれ、アンテナ素子２０１１〜２０
１ｍに正面とは異なる別の角度から入射した電波のみを
検出し、合成器２０３へ検出した電波を送信する。そし
て、合成器２０２は、移相器２０２１〜２０２ｍからの
電波を合成し、アンテナ素子２０１１〜２０１ｍに正面
から入射した電波を出力する。また、合成器２０３は、
移相器２０３１〜２０３ｍからの電波を合成し、アンテ
ナ素子２０１１〜２０１ｍに正面とは異なる別の角度か
ら入射した電波を出力する。

【０００４】このように、アンテナ素子２０１１〜２０
１ｍによって２つの方向からの電波を受信しようとすれ
ば、アンテナ素子がｍ個の場合、２ｍ個の移相器が必要
である。従って、アンテナ素子２０１１〜２０１ｍによ
ってｎ個の方向からの電波を受信しようとすれば、ｎ×
ｍ個の移相器が必要である。

【０００５】図１９は、電波を受信する受信用のアダプ
ティブアレーアンテナについて示したが、電波を送信す
る送信用のアダプティブアレーアンテナについても同様
であり、ｎ個の異なる方向に電波を送信しようとすれ
ば、ｎ×ｍ個の移相器が必要である。

【０００６】一方、異なる方向に電波を出射する方法と
して図２０に示す方法がある。アレーアンテナ３３０の
アンテナ素子３３１〜３３４の各々を、それぞれ、光フ
ァイバ３４１〜３４４と接続し、光ファイバ３４１〜３
４４の途中にヘテロダイン検波素子３２１〜３２４を設
ける。この場合、アンテナ素子３３１〜３３４および光
ファイバ３４１〜３４４は、１次元的に配列されてい
る。そして、フーリエ変換レンズ３００の前側焦点面３
０１上の点３１０から出射した信号光および点３１１か
ら出射した参照光は、フーリエ変換レンズ３００によっ
てフーリエ変換されて後側焦点面３０２に照射される。
後側焦点面３０２に照射された信号光および参照光は、
４本の光ファイバ３４１〜３４４に入射し、４本の光フ
ァイバ３４１〜３４４中を伝搬する。この場合、信号光
および参照光は、フーリエ変換されているので、光ファ
イバ３４１〜３４４の各々を伝搬するレーザ光は、各
々、異なる位相を有する。

【０００７】ヘテロダイン検波素子３２１〜３２４は、
各々、光ファイバ３４１〜３４４を伝搬したレーザ光を
ヘテロダイン検波し、信号光の周波数と参照光の周波数
との周波数差を有するマイクロ波を生成する。そして、
アレーアンテナ３３０のアンテナ素子３３１〜３３４
は、光ファイバ３４１〜３４４からのマイクロ波を受
け、アレーアンテナ３３０は、複数のマイクロ波が相互
に干渉した一定方向の指向性を有するマイクロ波３５０
を出射する。また、信号光が出射する位置を前側焦点面
３０１上で１次元的に変化させることによってアレーア
ンテナ３３０からマイクロ波３５１を出射することがで
き、マイクロ波の指向性をＤＲ１の方向に１次元的に制
御することができる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の方法で
は、アンテナから出射するマイクロ波の指向性を広範囲
に制御しようとすれば、多数の移相器が必要であり、出
射用のマイクロ波を生成する装置が大掛かりになるとい
う問題がある。

【０００９】そこで、２次元的に配列された複数の光フ
ァイバにフーリエ変換された周波数の異なるレーザ光を
入射させ、複数の光ファイバによってフーリエ変換され
たレーザ光をサンプリングし、アレーアンテナの複数の
素子にマイクロ波を給電する光ヘテロダイン検波素子に
サンプリングした複数のビーム光を導く系が提案された
（小西善彦、中條渉、藤瀬雅行、山田賢一：”光ファ
イバアレーで励起を行う光制御アレーアンテナのビーム
走査特性”，信学論，Ｂ−II，Ｊ７８−Ｂ−II，３，ｐ
ｐ１５０−１５９（１９９５−０３）．）。しかし、こ
の光ファイバーアレーを用いた方法においては、複数の
光ファイバを接着剤によってコアの中心が正三角形の頂
点に来るように配列する必要があり、そのような配列を
正確に実現することが困難である。また、光ファイバ
は、直径１０μｍのコアと直径１２５μｍのクラッドと
から成るため、２次元状に配列された複数の光ファイバ
に照射されたレーザ光は、殆どクラッド部に照射され、
光の利用効率が低いという問題がある。

【００１０】そのため、コアが３分の１程度の割合を占
める１次元の光導波路を用いて指向性のあるマイクロ波
を出射する試みがなされた。しかしながら、１次元的に
配列した光導波路を用いた方法では、コンパクトな装置
で光の利用効率を高くして出射用のマイクロ波を生成す
る装置を作製できるが、マイクロ波の指向性を１次元的
にしか制御できないという問題がある。

【００１１】そこで、本発明は、かかる問題を解決する
ためになされたものであり、その目的は、アンテナから
出射するマイクロ波の指向性を広範囲に制御でき、か
つ、アンテナのコンパクト化が可能な光信号処理ビーム
形成回路およびそれに用いる積層型光導波路アレーを提
供することである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】この発明によれば、光信
号処理ビーム形成回路は、第１の周波数を有するレーザ
光から成る信号光と第１の周波数と異なる第２の周波数
を有するレーザ光から成る参照光とに基づいて複数のビ
ーム光を形成する光信号処理ビーム形成回路であって、
複数の入射口のうちの第１の入射口から参照光を入射
し、第１の入射口と異なる第２の入射口から信号光を入
射して信号光および参照光を出射する第１の光導波路ア
レーと、第１および第２の焦点面を有し、第１の焦点面
から入射された信号光および参照光をフーリエ変換し、
その変換した信号光および参照光を所定のスポット径に
集光して第２の焦点面に照射するレンズと、第２の焦点
面に照射された信号光および参照光を複数の入射口から
入射し、複数のビーム光を複数の出射口から出射する第
２の光導波路アレーとを備え、第１および第２の光導波
路アレーは、複数の入射口を有する入射面と、入射面に
対向して設けられ、かつ、複数の入射口に対応する複数
の出射口を有する出射面と、入射口から入射されたレー
ザ光を出射口へ導く複数の光導波路とを含み、第１の光
導波路アレーの複数の出射口および第２の光導波路アレ
ーの複数の入射口は、複数の層状に配置されている。

【００１３】好ましくは、光信号処理ビーム形成回路の
第２の光導波路アレーは、指向性のあるマイクロ波を出
射するアレーアンテナの複数の素子に所定の位相を有す
る複数のマイクロ波を給電する複数の光ヘテロダイン検
波素子に複数のビーム光を出射する。

【００１４】好ましくは、光信号処理ビーム形成回路の
第２の光導波路アレーは、指向性のあるマイクロ波を受
信するアレーアンテナの複数の素子に対応して接続され
た複数の混合器に所定の位相を有する複数のマイクロ波
を給電する複数の光ヘテロダイン検波素子に前記複数の
ビーム光を出射する。

【００１５】好ましくは、光信号処理ビーム形成回路の
第２の光導波路アレーの複数の入射口の配置形状は、ア
レーアンテナの複数の素子の配置形状と相似である。

【００１６】好ましくは、光信号処理ビーム形成回路の
第１の光導波路アレーの複数の出射口の配置形状は、信
号光を生成する光源と参照光を生成する光源との配置形
状に相似である。

【００１７】好ましくは、光信号処理ビーム形成回路の
第２の光導波路アレーの複数の入射口が設けられた領域
は、所定のスポット径よりも小さい。

【００１８】好ましくは、光信号処理ビーム形成回路の
第２の光導波路アレーの複数の光導波路は、入射面から
出射面に向かう方向に拡がるように設けられている。

【００１９】好ましくは、光信号処理ビーム形成回路の
第１の光導波路アレーの複数の光導波路は、入射面から
出射面に向かう方向に収束するように設けられている。

【００２０】好ましくは、光信号処理ビーム形成回路の
レンズは、第１の焦点面を含む第１の面と、第２の焦点
面を含む第２の面とを有する円柱形状から成る。

【００２１】また、この発明によれば、積層型光導波路
アレーは、第１の面と、第１の面に対向する第２の面
と、第１の面と前記第２の面との間に設けられた複数の
光導波路とを備え、複数の光導波路の各々は、一方の口
を第１の面に有し、他方の口を第２の面に有し、複数の
光導波路の複数の一方の口は、第１の面において複数の
層状に配列されている。

【００２２】好ましくは、積層型光導波路アレーの複数
の光導波路は、第１の面から第２の面に向かう方向に拡
がるように設けられている。

【００２３】好ましくは、積層型光導波路アレーの複数
の一方の口は、指向性のあるマイクロ波を送受信するア
レーアンテナテの複数の素子の配置形状に相似して配列
されている。

【００２４】好ましくは、積層型光導波路アレーの複数
の一方の口は、周波数の異なる複数のレーザ光の複数の
出射点の配置形状に相似して配列されている。

【００２５】好ましくは、複数の光導波路の複数のコア
およびクラッドは、ポリマーから成る。

【００２６】好ましくは、コアは、ポリメチルメタクリ
レートから成り、クラッドは、エポキシ樹脂から成る。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一
または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さ
ない。

【００２８】図１は、この発明による光信号処理ビーム
形成回路の実施の形態を示し、光信号処理ビーム形成回
路１０は、光導波路アレー１，２と、レンズ３とを備え
る。レンズ３は、光導波路アレー１と光導波路アレー２
との間に挟持される。

【００２９】図２は、図１に示す光信号処理ビーム形成
回路１０を構成する光導波路アレー１，２の斜視図を示
す。光導波路アレー１，２は、基板２０と、光導波路１
１〜１３とから成る。光導波路１１〜１３は、基板２０
上に、順次、積層されている。光導波路１１は、コア１
１２とクラッド１１３とから成る。コア１１２は、クラ
ッド１１３により周囲を囲まれている。また、光導波路
１２は、コア１２２とクラッド１２３とから成る。コア
１２２は、クラッド１２３により周囲を囲まれている。
さらに、光導波路１３は、コア１３２とクラッド１３３
とから成る。コア１３２は、クラッド１３３により周囲
を囲まれている。出射口１１１，１２１，１３１は、そ
れぞれ、入射口１１０，１２０，１３０に対応して設け
られる。なお、コア１１２，１２２，１３２は、それぞ
れ、入射口１１０，１２０，１３０と出射口１１１，１
２１，１３１との間に曲線状に形成される。

【００３０】コア１１２，１２２，１３２は、ポリマー
である重水素化ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ
（ＰｏｌｙＭｅｔｈｙｌＭｅｔｈＡｃｒｙｌａｔｅ））
から成り、クラッド１１３，１２３，１３３は、紫外線
により硬化されたエポキシ樹脂から成る。従って、コア
１１２は、クラッド１１３よりも大きな屈折率を有し、
入射口１１０から入射したレーザ光を出射口１１１へ導
く。同様に、コア１２２，１３２は、それぞれ、クラッ
ド１２３，１３３よりも大きな屈折率を有し、コア１２
２は、入射口１２０から入射したレーザ光を出射口１２
１へ導き、コア１３２は、入射口１３０から入射したレ
ーザ光を出射口１３１へ導く。本発明においては、コア
１１２，１２２，１３２に重水素化ＰＭＭＡが用いられ
ているが、これは、次の理由に基づく。重水素化ＰＭＭ
Ａは、ＰＭＭＡに含まれる水素を重水素で置換したもの
であり、水素を重水素に置換することによりＰＭＭＡ中
の水素の振動周波数が低周波数側へシフトし、光通信に
用いられる波長１．３〜１．５μｍのレーザ光が重水素
化ＰＭＭＡ中の水素によって吸収されにくくなり、透過
率が大きくなるからである。

【００３１】このように、光導波路１１〜１３は、エポ
キシ樹脂の中に複数個の棒状の重水素化ＰＭＭＡを形成
した構造を有する。従って、全体的には、光導波路アレ
ー１，２は、略平板状のエポキシ樹脂の１つの面Ｂに入
射口１１０，１２０，１３０を有し、面Ｂに対向するも
う１つの面Ａに出射口１１１，１２１，１３１を有する
ように複数個の棒状の重水素化ＰＭＭＡを形成したもの
である。

【００３２】図３および図４は、光導波路アレー１，２
を作製する工程を示す。シリコン（Ｓｉ）基板２０上に
液状の紫外線硬化エポキシ樹脂を２０μｍの厚さにスピ
ンコートする。そして、スピンコートしたエポキシ樹脂
に６０ｍＪの紫外線を照射してエポキシ樹脂を硬化さ
せ、基板２０上に２０μｍのエポキシ樹脂層２１を形成
する（図３の（ａ））。このエポキシ樹脂層２１は、ク
ラッドを構成するものである。その後、エポキシ樹脂層
２１の上にスピンコートとベーキングとを繰返すことに
より重水素化ＰＭＭＡ２２を６μｍの厚さに塗布する
（図３の（ｂ））。この、重水素化ＰＭＭＡ２２はコア
を構成するものである。

【００３３】重水素化ＰＭＭＡ２２が塗布されると、そ
の上にスピンコートによってレジスト２３を所定の厚さ
に塗布し（図３の（ｃ））、所定パターンの空孔２６を
有するマスク２４を介して光を照射することによりレジ
スト２３を所定のパターンに露光する（図３の
（ｄ））。この場合、マスク２４は、平面的には図５に
示すように曲線状に形成された空孔２６を有するため、
レジスト２３は、平面的には曲線状のパターンに露光さ
れる。レジスト２３の露光後、露光部分を残してレジス
ト２３を除去し、重水素化ＰＭＭＡ２２上に所定パター
ンのレジスト２３ａを残す。そして、酸素ガスを用いた
反応性イオンエッチングによりレジスト２３ａが形成さ
れていない領域の重水素化ＰＭＭＡ２２を除去し（図３
の（ｅ））、レジスト２３ａを除去する。その結果、エ
ポキシ樹脂層２１上に所定パターンの重水素化ＰＭＭＡ
から成るコア１１２が形成される（図４の（ｆ））。こ
れにより、光導波路１１のコア１１２が形成される。

【００３４】その後、液状の紫外線硬化エポキシ樹脂を
下地のエポキシ樹脂層２１から１４μｍの厚さになるス
ピンコートし、６０ｍＪの紫外線を照射してエポキシ樹
脂を硬化させ、所定パターンの重水素化ＰＭＭＡから成
るコア１１２を囲むようにエポキシ樹脂２５を形成する
（図４の（ｇ））。これにより、エポキシ樹脂の中に複
数の重水素化ＰＭＭＡから成るコア１１２を形成した光
導波路１１が完成する（図４の（ｈ））。

【００３５】光導波路１１が完成した後、光導波路１１
上に図３の（ｂ）〜（ｅ）および図４の（ｆ）、（ｇ）
の各工程を繰返すことにより、光導波路１１上に光導波
路１２を作製し、さらに、光導波路１２上に図３の
（ｂ）〜（ｅ）および図４の（ｆ）、（ｇ）の各工程を
繰返すことにより光導波路１２上に光導波路１３を作製
する。これにより、光導波路アレー１，２が作製され
る。

【００３６】図６は、上述した作製方法により作製した
光導波路アレー１，２の面Ａ（図２参照）におけるコア
１１２，１２２，１３２の配列を示したものである。Ｎ
ｏ．１〜Ｎｏ．４がコア１３２の出射口１３１に相当
し、Ｎｏ．５〜Ｎｏ．９がコア１２２の出射口１２１に
相当し、Ｎｏ．１０〜Ｎｏ．１３がコア１１２の出射口
１１１に相当する。図６から明らかなように、平坦性良
く、水平方向ＤＲ１の位置精度も高く複数のコアＮｏ．
１〜Ｎｏ．１３が作製されている。図６の結果から、作
製したコアのサイズは約５μｍ×５μｍであり、コアの
水平方向ＤＲ１の間隔は約１５μｍであり、コアの垂直
方向ＤＲ２の間隔は約１３（＝（１５（３）^1/2）／
２）μｍである。このように、エポキシ樹脂をスピンコ
ートによって塗布することにより複数のコアが層状に平
坦性良く形成されるとともにコアの垂直方向ＤＲ２の距
離の均一性が向上し、光露光によるパターニング技術を
用いることによってコアの水平方向ＤＲ１の位置精度が
向上する。特に、平坦性が良いのは、エポキシ樹脂の粘
度が小さいため所定パターンの突出したコア１１２が表
面に形成されたエポキシ樹脂層２１の上にも（図４の
（ｆ）参照）、スピンコートによって平坦性の良く紫外
線硬化エポキシ樹脂を塗布できるからである。

【００３７】図６に示したコアＮｏ．１〜Ｎｏ．１３の
配列においては、例えば、３つのコアＮｏ．１，Ｎｏ．
５，Ｎｏ．６は、正三角形の頂点に位置する。また、３
つのコアＮｏ．２，Ｎｏ．６，Ｎｏ．７も正三角形の頂
点に位置する。本発明においては、１つの層に配列され
た複数のコアＮｏ．５〜Ｎｏ．９の中から任意に選択し
た隣接する２つのコアをＮｏ．７，Ｎｏ．８とし、隣接
する層に配列された複数のコアＮｏ．１〜Ｎｏ．４の中
から２つのコアＮｏ．７，Ｎｏ．８に最近接な１つのコ
アＮｏ．３を選択すると、３つのコアＮｏ．３，Ｎｏ．
７，Ｎｏ．８は、正三角形の頂点に位置するように複数
のコアＮｏ．１〜Ｎｏ．１３が配列される。また、コア
Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１３は、正三角形に限らず、正方形に
配列されていても良い。コアＮｏ．１〜Ｎｏ．１３を正
三角形に配列したときは、レンズ３から出射されるレー
ザ光におけるサイドローブをカットできるメリットがあ
る。

【００３８】図７は、図６に示すように配列されたコア
Ｎｏ．７の近視野像を示したものである。図７の（ａ）
は、水平方向ＤＲ１のレーザ光の強度分布を示し、図７
の（ｂ）は、垂直方向ＤＲ２のレーザ光の強度分布を示
す。図７の（ａ）において、横軸は水平方向ＤＲ１の距
離であり、縦軸はピーク強度で規格化したレーザ光の強
度である。また、図７の（ｂ）において、横軸は垂直方
向ＤＲ２の距離であり、縦軸はピーク強度で規格化した
レーザ光の強度分布である。

【００３９】近視野像の測定においては、コアＮｏ．７
の入射口に偏波面保存ファイバを接続し、波長１．３μ
ｍのレーザ光を偏波面保存ファイバを介してコアＮｏ．
７に入射することにより行なった。図７の結果から、コ
アＮｏ．７のスポットサイズは、横方向が７．４２μｍ
で縦方向が８．１３μｍである。なお、縦横のサイズ
は、レーザ光の強度がピーク強度の１／ｅ²になるレー
ザ光の幅と規定した。また、図７の結果からレーザ光は
コアＮｏ．７中をシングルモードで伝搬していることが
確認された。他のコアＮｏ．１〜Ｎｏ．６，Ｎｏ．８〜
１３についても同様の測定を行ない、各々、レーザ光が
シングルモードで伝搬していることを確認し、平均のス
ポットサイズを求めた結果、７．５μｍ（横方向、標準
偏差：０．２０）×８．２μｍ（縦方向、標準偏差：
０．１６）であった。このように、スピンコートと光露
光技術により作製した複数のコア（複数の導波路）は、
均一性の良い光学的特性を示す。

【００４０】図１に示すように、光導波路アレー１にお
いては、入射口１１０，１２０，１３０が形成された面
Ｂ（図２参照）がレーザ光の入射面であり、出射口１１
１，１２１，１３１が形成された面Ａがレーザ光の出射
面である。また、光導波路アレー２においては、光導波
路アレー１とは逆に出射口１１１，１２１，１３１が形
成された面Ａがレーザ光の入射面であり、入射口１１
０，１２０，１３０が形成された面Ｂがレーザ光の出射
面である。

【００４１】図８は、図１に示す光信号処理ビーム形成
回路１０のレンズ３の斜視図である。レンズ３は石英か
ら成る円柱形状のレンズである。焦点距離は１．３４ｍ
ｍであり、円柱の半径ｒは０．５ｍｍであり、レンズ長
Ｌは３．２ｍｍである。レンズ３は、円柱の中心から周
囲に向かうに従って放物線状に減少する屈折率分布を有
する。円柱の中心３０においては、屈折率は１．４８で
あり、外周上の点３１においては、屈折率は１．４４〜
１．４６である。即ち、レンズ３は、一般に市販されて
いるＧＲＩＮ（ＧＲａｄｉｅｎｔＩＮｄｅｘ）レンズ
である。

【００４２】レンズ３は、面Ｃからレーザ光を入射し、
その入射したレーザ光をフーリエ変換して面Ｄから出射
する。つまり、レンズ３は、円柱の中心から外周までの
各位置において位相が異なるレーザ光を出射する。そし
て、レンズ３は、ピッチ０．２５を有するので、前側焦
点面が面Ｃと一致し、後側焦点面が面Ｄと一致する。そ
の結果、光導波路アレー１のＡ面にレンズ３のＣ面を接
触させ、光導波路アレー２のＡ面にレンズ３のＤ面を接
触させれば図１に示す光信号処理ビーム形成回路１０を
組立てることができ、光学アライメントが容易になる。

【００４３】図９は、送信用の光信号を指向性のあるマ
イクロ波に変換して出射する原理を示す。フーリエ変換
レンズ９０の前側焦点面９１内の点９２から周波数ｆ１
のレーザ光ＬＢ１（信号光）が出射され、点９３から周
波数ｆｒのレーザ光ＬＢｒ（参照光）が出射され、点９
４から周波数ｆ２のレーザ光ＬＢ２（信号光）が出射さ
れると、フーリエ変換レンズ９０は、３つのレーザ光Ｌ
Ｂ１，ＬＢｒ，ＬＢ２を入射し、その入射した３つのレ
ーザ光ＬＢ１，ＬＢｒ，ＬＢ２をフーリエ変換して中心
から外周までの各領域で位相の異なるレーザ光を後側焦
点面９５へ集光照射する。後側焦点面９５に照射された
レーザ光は、複数の光ファイバ（図９の場合は７本の光
ファイバ）９６によってサンプリングされ、複数の光フ
ァイバ９６中を伝搬して光ヘテロダイン検波回路９７の
各ヘテロダイン検波素子へ入射される。この場合、後側
焦点面９５に照射されるレーザ光のビームスポット径
は、複数の光ファイバ９６が配列された領域よりも大き
くなるようにする必要がある。

【００４４】光ヘテロダイン検波回路９７中の各ヘテロ
ダイン検波素子は、入射したレーザ光を光電変換し、信
号光と参照光との２光波のヘテロダイン検波を行なう。
そして、各ヘテロダイン検波素子は、信号光の周波数と
参照光の周波数との差に相当する周波数を有するマイク
ロ波を生成する。この場合、各ヘテロダイン検波素子
は、レーザ光ＬＢ１とレーザ光ＬＢｒとからｆ１−ｆｒ
の周波数を有するマイクロ波を生成し、レーザ光ＬＢ２
とレーザ光ＬＢｒとからｆ２−ｆｒの周波数を有するマ
イクロ波を生成する。

【００４５】各ヘテロダイン検波素子によって生成され
たマイクロ波は、アレーアンテナ９８の複数のアンテナ
素子（図９の場合は７個のアンテナ素子）に給電され
る。そして、複数のアンテナ素子に給電された複数のマ
イクロ波は、回折して指向性のあるマイクロ波としてア
レーアンテナ９８から出射する。

【００４６】この場合、出射されたマイクロ波の中心軸
から水平方向へのずれ角（Ａｚｉｍｕｔｈ角）をΘ、中
心軸から垂直方向へのずれ角（Ｅｌｅｖａｔｉｏｎ角）
をΦとすると、ｓｉｎΘ＝（（ｄｏｐｔｘ／λｏｐｔ）／（ｄｍｗｘ／λｍｗｘ））＊Ｘ／ｆ・・・・・・・・（１）ｓｉｎΦ＝（（ｄｏｐｔｙ／λｏｐｔ）／（ｄｍｗｙ／λｍｗｙ））＊Ｙ／ｆ・・・・・・・・（２）となる。

【００４７】但し、Ｘは、参照光の出射点９３を基準に
したときの信号光の水平方向の位置、Ｙは、参照光の出
射点９３を基準にしたときの信号光の垂直方向の位置、
ｆはフーリエ変換レンズ９５の焦点距離、ｄｏｐｔｘ、
ｄｏｐｔｙは、それぞれ、後側焦点面における水平、垂
直方向の光ファイバー９６のコア間隔、λｏｐｔはレー
ザ光の波長、ｄｍｗｘ、ｄｍｗｙは、それぞれ、アレー
アンテナ９８の複数のアンテナ素子の水平、垂直方向の
間隔、λｍｗｘはマイクロ波の波長である。また、
（１）式および（２）式が成立するためには、後側焦点
面９５における複数の光ファイバ９６の配列形状と、ア
レーアンテナ９８の複数のアンテナ素子の配列とが相似
であることが必要である。

【００４８】従って、（１）式および（２）式より信号
光の出射位置（Ｘ，Ｙ）を変化させることにより角度
Θ，Φを変化させることができ、その結果、アレーアン
テナ９８から出射するマイクロ波の方向を変えることが
できる。

【００４９】図１に示すように光導波路アレー１のＡ面
はレンズ３のＣ面（図８参照）に接触し、光導波路アレ
ー２のＡ面はレンズ３のＤ面に接触する。そして、レン
ズ３は、図１０に示すようにＣ面に前側焦点面９１を有
し、Ｄ面に後側焦点面９５を有する。また、レンズ３の
Ｃ面には、光導波路アレー１のＡ面に設けられた複数の
コア１１２，１２１，１３１の出射口が接しており、出
射口のサイズは上述したように約５μｍ×５μｍであ
る。従って、レンズ３は、Ｃ面（前側焦点面９１）内の
点光源から出射されたレーザ光を入射し、その入射した
レーザ光をフーリエ変換してＤ面（後側焦点面９５）に
集光照射する。即ち、前側焦点面９１内の出射口３２か
ら参照光が出射され、出射口３３から信号光が出射され
ると、レンズ３は、信号光と参照光とをフーリエ変換し
て後側焦点面９５に集光照射する。そして、後側焦点面
９５に照射されたレーザ光のスポットサイズＲは、光導
波路アレー２の複数の入射口が設けられた領域よりも大
きいため、レンズ３によってフーリエ変換されたレーザ
光は、光導波路アレー２の複数のコア（導波路）によっ
てサンプリングされる。

【００５０】また、信号光を入射する光導波路アレー１
のコア（導波路）を変化させることによって、レンズ３
へのレーザ光の出射位置を出射口３３から出射口３４の
ように変えられる。レンズ３へのレーザ光の出射位置を
変化させると、上記（１）式および（２）式によってア
レーアンテナ９８から出射するマイクロ波の方向を変化
させることができる（図９参照）。

【００５１】このように、レンズ３は、図９に示す前側
焦点面９１から後側焦点面９５までの領域を構成したも
のである。

【００５２】図１１は、図１に示す光信号処理ビーム形
成回路１０を用いて指向性のあるマイクロ波をアレーア
ンテナから出射できるかを実験するための実験系を示し
たものである。

【００５３】実験系は、レーザ光源４０と、光ファイバ
４１，４２，９６と、光学チャネル選択器４３と、光信
号処理ビーム形成回路１０と、光ヘテロダイン検波回路
９７と、アレーアンテナ９８と、スペクトルアナライザ
ー１００とから成る。レーザ光源４０は、参照レーザ４
０Ａと、信号レーザ４０Ｂと、ＰＬＬ（ＰｈａｓｅＬｏ
ｃｋｅｄＬｏｏｐ）回路４０Ｃとから構成される。参
照レーザ４０Ａは周波数ｆｒのレーザ光を出射する。信
号レーザ光４０Ｂは、周波数ｆ１のレーザ光を出射す
る。ＰＬＬ回路４０Ｃは、所定の周波数を有する同期信
号を生成し、参照レーザ４０Ａと信号レーザ４０Ｂとへ
同期信号を出力する。これにより、参照レーザ４０Ａお
よび信号レーザ４０Ｂは、同期した参照光と信号光とを
出射できる。

【００５４】参照レーザ４０Ａは、光ファイバ４１によ
って光導波路アレー１のコアＮｏ．５に接続されてい
る。信号レーザ４０Ｂは、光ファイバ４２によって光学
チャネル選択器４３に接続されている。光ファイバ４
１，４２はレーザ光の偏向面を保存する偏波面保存ファ
イバから成る。光学チャネル選択器４３は、光導波路ア
レー１のコアＮｏ．１〜Ｎｏ．４，Ｎｏ．６〜Ｎｏ．１
３の中のコアＮｏ．３に信号レーザ４０Ｂから出射され
たレーザ光が入射するようにチャネリングされている。

【００５５】光導波路アレー２の複数のコアは複数の光
ファイバ９６に接続されている。そして、複数の光ファ
イバ９６は、各々シングルモードの光ファイバから成
り、複数のヘテロダイン検波素子を含む光ヘテロダイン
検波回路９７を介してアレーアンテナ９８の複数のアン
テナ素子に接続されている。アレーアンテナ９８の複数
のアンテナ素子は、正方形であり、光導波路アレー２の
レーザ光の入射面における複数のコアの配列と相似な配
列であり、具体的には３つのアンテナ素子が正三角形の
頂点に位置するような配列になっている。そして、複数
のアンテナ素子の水平方向の間隔は０．７５λであり、
垂直方向の間隔は０．７５＊（３）^1/2λである。な
お、λはマイクロ波の波長である。また、光導波路アレ
ー１の出射面における複数の出射口の配列形状は、参照
光および信号光が出射される複数の出射点の配列形状と
相似である。

【００５６】スペクトルアナライザー１００は、受信部
９９によってアレーアンテナ９８から出射されたマイク
ロ波を受信し、その受信したマイクロ波を分析する。

【００５７】参照レーザ４０Ａから出射した参照光は、
光ファイバ４１を介して光導波路アレー１のコアＮｏ．
５に入射する。また、信号レーザ４０Ｂから出射された
信号光は、光ファイバ４２を介して光学チャネル選択器
４３に入射し、光学チャネル選択器４３によって光導波
路アレー１のコアＮｏ．３に入射される。参照光は光導
波路アレー１のコアＮｏ．５を伝搬し、信号光はコアＮ
ｏ．３を伝搬してレンズ３の前側焦点面９１に接した出
射面からレンズ３へ出射される。レンズ３は、参照光と
信号光とをフーリエ変換し、前側焦点面９１における参
照光の出射位置を基準にした信号光の出射位置に応じて
波面が傾いたレーザ光を後側焦点面９５に照射する。光
導波路アレー２は、複数のコアによって後側焦点面９５
に照射されたレーザ光をサンプリングし、そのサンプリ
ングしたレーザ光を複数の光ファイバ９６へ出射する。

【００５８】光ヘテロダイン検波回路９７は、複数のヘ
テロダイン検波素子によって複数の光ファイバ９６から
入射されたレーザ光をヘテロダイン検波し、信号光の周
波数ｆ１と参照光の周波数ｆｒとの周波数差ｆ１−ｆｒ
を有するマイクロ波を生成してアレーアンテナ９８の複
数のアンテナ素子へ供給する。そして、アレーアンテナ
９８は、一定の方向に指向されたマイクロ波を出射す
る。スペクトルアナライザー１００は、受信部９９によ
ってアレーアンテナ９８から出射されたマイクロ波を受
信し、その受信したマイクロ波を分析する。

【００５９】図１１に示す光学系においては、アレーア
ンテナ９８のアンテナ素子は正三角形に配列された３列
の７素子であり、光導波路アレー２の入射面におけるコ
アも７個のアンテナ素子と相似の正三角形に配列されて
いる。また、レンズ３の後側焦点面９５におけるレーザ
光のスポットサイズをω₁とすると、 ω₁／２＝λ_optｆ／（πω₀／２）・・・・・・・（３）となる。但し、ω₀は前側焦点面９１におけるレーザ光
のスポットサイズである。

【００６０】従って、後側焦点面９５に照射されたレー
ザ光が光導波路アレー２の７本のコア（導波路）によっ
てサンプリングされるためには、スポットサイズω₁が
φ３８．２μｍ以上になるように（３）式を用いてレン
ズ３の焦点距離ｆを決定する必要がある。そこで、スポ
ットサイズω₁がφ３８．２μｍ以上になるには、λ_o _pt
＝１３１９ｎｍ、コアのスポットサイズ７．５×８．２
μｍを用いて（３）式からｆ＞０．１９ｍｍでなければ
ならない。上述したようにレンズ３は１．３４ｍｍの焦
点距離ｆを有するので、このときのスポットサイズω₁
は２７５μｍになる。その結果、レンズ３の後側焦点面
９５に照射されたレーザ光は、光導波路アレー２の７本
のコアによってサンプリングされる。

【００６１】次に、図１１に示す光学系における光導波
路アレー１，２の各コア（導波路）の挿入損失および隣
接導波路間のクロストークについて説明する。図１２
は、光導波路アレー１，２のコアに光ファイバを接続
し、コアへレーザ光を入射したときの光ファイバからの
出力光の損失の測定結果を示す。図１２の（ａ）は、光
導波路アレー１に偏波面保存ファイバを接続したときの
測定結果であり、図１２の（ｂ）は、光導波路アレー２
にシングルモードの光ファイバを接続したときの測定結
果である。図１２の（ａ）、（ｂ）において、縦軸は、
挿入損失を示し、横軸はコアの番号および光ファイバの
番号である。挿入損失は、レーザ光を入射したコアに接
続した光ファイバからの出力光の損失に基づいて測定さ
れ、出力光の損失が小さい方が挿入損失が小さいことを
意味する。また、クロストークは、レーザ光を入射した
コアと異なるコアに接続した光ファイバからの出力光の
損失を検出することによって測定され、出力光の損失が
大きいほど、クロストークが小さいことを意味する。

【００６２】図１２の結果から、Ｎｏ．１０のコアにお
いては、挿入損失５．３５ｄＢとなったが、それ以外の
コアにおいては２ｄＢ前後であった。また、クロストー
クについては、全てのコアについて概ね３０ｄＢ以上で
あった。従って、図１１に示す光学系の光導波路アレー
１，２におけるレーザ光の挿入損失およびクロストーク
は小さいことが確認された。なお、挿入損失には、コア
の伝搬損失、コアと光ファイバとの間の接続損失も含ま
れている。

【００６３】図１１に示す光学系における結合効率、つ
まり、光導波路アレー１から出射したレーザ光と、光導
波路アレー２との結合効率について説明する。レンズ３
の後側焦点面９５におけるレーザ光のスポットサイズを
ω₁、光導波路アレー２のコアのスポットサイズをω₂と
し、いずれも、レーザ光がガウシアン分布を有する場
合、結合効率ηは、 η＝（４／（ω₁／ω₂+ω₂／ω₁）²）ｅｘｐ（−２（ｘ²+ｙ²）／（ω₁ ²+ω₂ ² ）−２π²θ²ω₁ ²ω₂ ²／（λ²（ω₁ ²+ω₂ ²）））・・・・・（４）となる。但し、ｘ，ｙは光導波路アレー２の光軸からの
水平、垂直方向の距離であり、θは光導波路アレー２へ
の光線の入射角である。ここで、レンズ３の焦点距離ｆ
＝１．３４ｍｍ、スポットサイズω₁＝１４０μｍ、ω₂
＝８．２μｍとすると、（４）式からいずれの素子間で
も結合効率ηは、η＝−２４．５ｄＢとなる。

【００６４】図１３は、光導波路アレー１からの出射光
と、光導波路アレー２との結合効率ηを測定した測定結
果を示す。図１３の（ａ）は、光導波路アレー２の入射
面における光軸から垂直方向へのずれ量Ｅｌｅｖａｔｉ
ｏｎが１３μｍの場合を示し、図１３の（ｂ）は、光導
波路アレー２の入射面における光軸から垂直方向へのず
れ量Ｅｌｅｖａｔｉｏｎが０μｍの場合を示し、図１３
の（ｃ）は、光導波路アレー２の入射面における光軸か
ら垂直方向へのずれ量Ｅｌｅｖａｔｉｏｎが−１３μｍ
の場合を示す。図１３の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）におい
て、縦軸は結合効率ηであり、横軸は光導波路アレー２
の入射面における光軸から水平方向へのずれ量Ａｚｉｍ
ｕｔｈである。なお、図１３の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）
に示す測定値は図１２に示す測定値を用いて光導波路ア
レー２の各コアの挿入損失を校正している。

【００６５】図１３の結果から、結合効率ηの平均値は
−２５．０ｄＢ（標準偏差１．４ｄＢ）であり、理論通
りの結合効率が得られた。

【００６６】図１４は、図１１に示す光学系において光
導波路アレー２に入射するレーザ光の位相特性を測定し
た結果を示す。レーザ光の位相特性の測定においては、
光学チャネル選択器４３によって信号光を光導波路アレ
ー１のコアＮｏ．２，Ｎｏ．３，Ｎｏ．６，Ｎｏ．７，
Ｎｏ．８，Ｎｏ．１１，Ｎｏ．１２に順次入射させて行
ない、信号光をコアＮｏ．７に入射させたとき、光導波
路アレー２の全てのコア（導波路）の出力が同じ位相に
なるように校正した。また、光導波路アレー２のコアＮ
ｏ．５の出力を基準にして、他のコアからの出力の相対
位相をネットワークアナライザ（ＨＰ８５１０）によっ
て測定した。

【００６７】図１４の各図は、信号光を接続したコアに
対応し、黒丸は各コアの出力である。また、各図におい
て縦軸は相対位相を示し、横軸は光導波路アレー２の入
射面における光軸からの水平方向および垂直方向へのず
れ量を示す。更に、図中の平面は理論値である。信号光
を入射させる光導波路アレー１のコアをコアＮｏ．２，
Ｎｏ．３，Ｎｏ．６，・・・と変化させることにより、
光導波路アレー２の各コアから出力されるレーザ光の位
相が変化し、実測値と理論値とが良い一致を示す。

【００６８】図１５は、アレーアンテナ９８から出射さ
れたマイクロ波の指向性を測定した結果を示す。図中の
Ｎｏ．２，Ｎｏ．３，Ｎｏ．６，・・・等は、光導波路
アレー１のコアＮｏ．２，Ｎｏ．３，Ｎｏ．６，・・・
に信号光を入射させたときにアレーアンテナ９８から出
射されたマイクロ波を測定した結果であることを示す。
図１５の各図において、横軸は正面方向に対するＡｚｉ
ｍｕｔｈ角であり、縦軸はＥｌｅｖａｔｉｏｎ角であ
る。また、各図の濃淡はビーム強度を示し、白い部分が
メインビームの方向である。さらに、「×」印は、メイ
ンビームの方向の計算値である。信号光を入射させる光
導波路アレー１のコアをコアＮｏ．２，Ｎｏ．３，Ｎ
ｏ．６，・・・と変化させることにより、メインビーム
の方向が大きく変化しており、アレーアンテナ９８から
出射されるマイクロ波の方向が変化していることが確認
された。また、メインビームの方向の実測値と計算値と
が良く一致していることも確認された。

【００６９】このように、光信号処理ビーム形成回路１
０は、複数の導波路を積層した光導波路アレー１，２
と、レンズ３とから成り、周波数の異なる信号光と参照
光とをフーリエ変換して複数の導波路に入射するので、
コンパクトな装置でマイクロ波の指向性を２次元的に変
化させることができる。

【００７０】上記においては、２次元的に指向性が変化
するマイクロ波を出射するために、図１に示す光信号処
理ビーム形成回路１０を用いることについて説明した
が、光信号処理ビーム形成回路１０は、指向性の異なる
マイクロ波を受信する場合にも用いることができる。

【００７１】図１６は、指向性の異なるマイクロ波を受
信し、その受信した受信信号を処理する系に光信号処理
ビーム形成回路１０を用いた場合の構成図を示す。レー
ザ光源４０、光ファイバ４１，４２，９６、光学チャネ
ル選択器４３、光信号処理ビーム形成回路１０、光ヘテ
ロダイン検波回路９７、アレーアンテナ９８についての
説明は上述したとおりであり、これらの配置は図１１の
配置と同じである。ミキサ１０１〜１０７は、光ヘテロ
ダイン検波回路９７とアレーアンテナ９８との間に配置
される。図１６においては、レーザ光源４０は、信号レ
ーザ４０Ｄをさらに含む。信号レーザ４０Ｄは、ＰＬＬ
回路４０Ｃからの同期信号によって、参照レーザ４０Ａ
および信号レーザ４０Ｂから出射されるレーザ光と同期
してレーザ光を出射する。この場合、参照レーザ４０
Ａ、および信号レーザ４０Ｂ，４０Ｄは、相互に周波数
が異なるレーザ光を出射する。信号レーザ４０Ｄから出
射されたレーザ光は、光ファイバ４４を介して光学チャ
ネル選択器４３に入射される。光学チャネル選択器４３
は、光ファイバ４４からのレーザ光をコアＮｏ．６に入
射する。従って、光導波路アレー１は、１つの参照光と
２つの信号光とをレンズ３へ出射する。

【００７２】そして、レンズ３は、前側焦点面９１から
１つの参照光と２つの信号光とを入射し、その入射した
１つの参照光と２つの信号光とをフーリエ変換して後側
焦点面９５に所定のスポットサイズで集光照射する。光
導波路アレー２は、レンズ３の後側焦点面９５に照射さ
れたレーザ光を複数の導波路によってサンプリングし、
光ファイバ９６を介して光ヘテロダイン検波回路９７へ
サンプリングしたレーザ光を導く。光ヘテロダイン検波
回路９７は、複数のヘテロダイン検波素子によって入射
したレーザ光をヘテロダイン検波してマイクロ波を生成
し、その生成したマイクロ波をミキサ１０１〜１０７へ
給電する。この場合、参照光の周波数をｆｒ、信号光の
周波数をｆ１，ｆ２とすると、光ヘテロダイン検波回路
９７は、周波数ｆ１−ｆｒのマイクロ波Ｍ１と周波数ｆ
２−ｆｒのマイクロ波Ｍ２とをミキサ１０１〜１０７へ
給電する。そして、マイクロ波Ｍ１とマイクロ波Ｍ２と
は、相互に異なる位相を有する。

【００７３】アレーアンテナ９８は、マイクロ波１５
０，１５１を受信し、アレーアンテナ９８の複数のアン
テナ素子は、マイクロ波１５０の位相を有する受信信号
ＲＳ１とマイクロ波１５１の位相を有する受信信号ＲＳ
２とを対応するミキサ１０１〜１０７へ送信する。そし
て、ミキサ１０１〜１０７は、アレーアンテナ９８の複
数のアンテナ素子からの受信信号ＲＳ１，ＲＳ２と光ヘ
テロダイン検波回路９７からの複数のマイクロ波Ｍ１，
Ｍ２とを混合し、受信信号とマイクロ波との中間周波数
の信号を合成器１０８へ出力する。マイクロ波１５０，
１５１の周波数をｆｒｆとすると、ミキサ１０１〜１０
７は、中間周波数ｆｒｆ−（ｆ１−ｆｒ），ｆｒｆ−
（ｆ２−ｆｒ）の２つの信号を合成器１０８へ出力す
る。この場合、図１７に示すようにミキサ１０１〜１０
７は、位相の異なる２つの受信信号ＲＳ１，ＲＳ２をア
レーアンテナ９８の複数のアンテナ素子から受け、位相
の異なる２つのマイクロ波Ｍ１，Ｍ２を光ヘテロダイン
検波回路９７から受ける。受信信号ＲＳ１は、マイクロ
波Ｍ１と同じ位相を有する。受信信号ＲＳ２は、マイク
ロ波Ｍ２の位相を反転すると同位相になる位相を有す
る。そして、ミキサ１０１〜１０７は、受信信号Ｒｓ１
をマイクロ波Ｍ１と混合し、受信信号ＲＳ２をマイクロ
波Ｍ２と混合する。

【００７４】そして、合成器１０８は、中間周波数ｆｒ
ｆ−（ｆ１−ｆｒ），ｆｒｆ−（ｆ２−ｆｒ）を有する
２つの信号を合成して受信信号ＲＳを出力する。

【００７５】このように、マイクロ波Ｍ１，Ｍ２をミキ
サ１０１〜１０７に給電することによって異なる位相を
有する２つのマイクロ波を受信することができる。

【００７６】図１６および図１７においては、受信する
２つのマイクロ波の位相に対応する位相を有する２つの
マイクロ波をミキサに給電することによって、指向性の
異なる（位相が異なる）２つのマイクロ波を受信する場
合について説明したが、本発明は、これに限らず、一般
に、指向性の異なるｎ個のマイクロ波を受信することが
可能であり、その場合、１つの参照光と、周波数が相互
に異なるｎ個の信号光とがレーザ光源４０から出射され
る。そして、光信号処理ビーム形成回路１０は、１つの
参照光とｎ個の信号光とをフーリエ変換し、そのフーリ
エ変換した１つの参照光とｎ個の信号光とを複数の導波
路によってサンプリングして光ヘテロダイン検波回路９
７へ出射する。光ヘテロダイン検波回路９７は、参照光
との周波数と各信号光の周波数との周波数差を有するｎ
個のマイクロ波を生成してミキサ１０１〜１０７へ給電
する。一方、アレーアンテナ９８は、相互に異なる位相
を有するｎ個のマイクロ波を受信し、複数のアンテナ素
子から異なる位相を有するｎ個の受信信号をミキサ１０
１〜１０７へ送信する。ミキサ１０１〜１０７は、ｎ個
の受信信号を対応するマイクロ波と混合し、受信信号と
マイクロ波との中間周波数を有するｎ個の信号を合成器
１０８へ出力する。合成器１０８は、中間周波数を有す
るｎ個の信号を合成して受信信号を出力する。

【００７７】このように、指向性の異なる複数のマイク
ロ波を受信する場合にも、光信号処理ビーム形成回路１
０を用いることができ、これによってマイクロ波の受信
用アンテナを小型化が可能になる。

【００７８】上記においては、光導波路アレー１，２の
コア１１２，１２２，１３２は重水素化ＰＭＭＡから成
ると説明したが、これは、波長１．３〜１．５μｍのレ
ーザ光の透過率を大きくするためであり、光通信に用い
られるレーザ光の波長が１．３〜１．５μｍからずれは
ときは、重水素化ＰＭＭＡを用いる必要はなく、通常の
ＰＭＭＡであっても良い。また、本発明においては、Ｐ
ＭＭＡに限らず、コア１１２，１２２，１３２は、熱架
橋シリコーン、ポリイミド、ゼオネックス、およびアー
トンによって作製されていても良い。また、上記におい
ては、光導波路アレー１，２は、光導波路１１，１２，
１３を３層に積層した構造として説明したが、本発明に
おいては、３層に限らず、光導波路を４層以上に積層し
て光導波路アレーを作製しても良い。その場合、各光導
波路に形成するコアの数は任意に選択可能である。

【００７９】今回開示された実施の形態はすべての点で
例示であって制限的なものではないと考えられるべきで
ある。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求
の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味お
よび範囲内でのすべての変更が含まれることが意図され
る。

【００８０】

【発明の効果】本発明による光信号処理ビーム形成回路
は、周波数の異なる信号レーザ光と参照レーザ光とをフ
ーリエ変換し、レーザ光の径方向において位相分布を有
するレーザ光を複数の導波路でサンプリングして出射す
るので、複数の導波路から出射された周波数の異なるレ
ーザ光をヘテロダイン検波することによりマイクロ波を
生成でき、生成された複数のマイクロ波を重ね合わせる
ことによって指向性のあるマイクロ波を出射できる。

【００８１】また、光信号処理ビーム形成回路に用いる
光導波路アレーは、コアの少なくとも一方の端が複数の
層に積層された配列になっているので、参照レーザ光に
対する信号レーザ光の入射位置を変化させることによっ
てマイクロ波の指向性を２次元的に制御可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態による光信号処理ビーム
形成回路の斜視図である。

【図２】光導波路アレーの斜視図である。

【図３】光導波路アレーの作製方法を示す第１の工程
図である。

【図４】光導波路アレーの作製方法を示す第２の工程
図である。

【図５】レジストのパターニングに用いるマスクの平
面図である。

【図６】光導波路アレーの一方端におけるコアの配列
図である。

【図７】光導波路の近視野像である。

【図８】図１に示す光信号処理ビーム形成回路に用い
るレンズの斜視図である。

【図９】指向性を２次元的に制御したマイクロ波を発
生させる原理を説明するための構成図である。

【図１０】図１に示す光信号処理ビーム形成回路に用
いるレンズの機能を説明するためのレンズの斜視図であ
る。

【図１１】図１に示す光信号処理ビーム形成回路を用
いて指向性を２次元的に制御したマイクロ波を出射する
実験を行なう光学系を示す構成図である。

【図１２】光導波路の挿入損失とクロストークの測定
結果である。

【図１３】図１に示す光信号処理ビーム形成回路にお
けるレンズと光導波路アレーとの結合効率の測定結果で
ある。

【図１４】図１に示す光信号処理ビーム形成回路にお
けるレンズ透過後のレーザ光の径方向の位相分布を示す
図である。

【図１５】図１１に示すアレーアンテナから出射され
たマイクロ波の指向性の測定結果である。

【図１６】図１に示す光信号処理ビーム形成回路を用
いて指向性の異なるマイクロ波を受信する場合の光学系
を示す構成図である。

【図１７】図１６に示すミキサの機能を説明するため
の図である。

【図１８】通信衛星による電波の受信概念を説明する
ための図である。

【図１９】従来のアレーアンテナの構成図である。

【図２０】指向性を１次元的に制御したマイクロ波を
発生させる原理を説明するための構成図である。

【符号の説明】

１，２光導波路アレー、３レンズ、１０光信号処
理ビーム形成回路、１１〜１３光導波路、２０基
板、２１エポキシ樹脂層、２２重水素化ＰＭＭＡ、
２３，２３ａレジスト、２４マスク、２６空孔、
３０中心、３１，９２，９３，３１０，３１１点、
３２〜３４，１１０，１２０，１３０入射口、４０
レーザ光源、４０Ａ参照レーザ、４０Ｂ，４０Ｄ信
号レーザ、４０ＣＰＬＬ回路、４１，４２，４４，９
６，３４１〜３４４光ファイバ、４３光学チャネル
選択器、９０，３００フーリエ変換レンズ、９１，３
０１前側焦点面、９５，３０２後側焦点面、９７光
ヘテロダイン検波回路、９８，３３０アレーアンテ
ナ、９９受信部、１００スペクトルアナライザ、１
０８，２０２，２０３合成器、１０１〜１０７ミキ
サ、１１１，１２１，１３１出射口、１１２，１２
２，１３２コア、１１３，１２３，１３３クラッ
ド、１５０，１５１，３５０，３５１マイクロ波、２
００通信衛星、２０１アンテナ、２１０地球、２
２０マイクロ波、３２１〜３２４ヘテロダイン検波
素子、３３１〜３３４，２０１１〜２０１ｍアンテナ
素子、２０２１〜２０２ｍ，２０３１〜２０３ｍ移相
器。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者秋山智浩京都府相楽郡精華町光台二丁目２番地２株式会社エイ・ティ・アール環境適応通信研究所内 (72)発明者稲垣惠三京都府相楽郡精華町光台二丁目２番地２株式会社エイ・ティ・アール環境適応通信研究所内 (72)発明者疋田真東京都新宿区西新宿二丁目１番１号エヌ・ティ・ティ・アドバンステクノロジ株式会社内Ｆターム(参考） 2H047 KA04 KA12 KB09 MA03 MA07 QA05 QA07 TA00 2K002 AA07 AB19

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１の周波数を有するレーザ光から成る
信号光と前記第１の周波数と異なる第２の周波数を有す
るレーザ光から成る参照光とに基づいて複数のビーム光
を形成する光信号処理ビーム形成回路であって、複数の入射口のうちの第１の入射口から前記参照光を入
射し、前記第１の入射口と異なる第２の入射口から前記
信号光を入射して前記信号光および前記参照光を出射す
る第１の光導波路アレーと、第１および第２の焦点面を有し、前記第１の焦点面から
入射された信号光および参照光をフーリエ変換し、その
変換した信号光および参照光を所定のスポット径に集光
して前記第２の焦点面に照射するレンズと、前記第２の焦点面に照射された前記信号光および前記参
照光を複数の入射口から入射し、前記複数のビーム光を
複数の出射口から出射する第２の光導波路アレーとを備
え、前記第１および第２の光導波路アレーは、前記複数の入射口を有する入射面と、前記入射面に対向して設けられ、かつ、前記複数の入射
口に対応する複数の出射口を有する出射面と、前記入射口から入射されたレーザ光を前記出射口へ導く
複数の光導波路とを含み、前記第１の光導波路アレーの複数の出射口および前記第
２の光導波路アレーの複数の入射口は、複数の層状に配
置されている、光信号処理ビーム形成回路。
【請求項２】前記第２の光導波路アレーは、指向性の
あるマイクロ波を出射するアレーアンテナの複数の素子
に所定の位相を有する複数のマイクロ波を給電する複数
の光ヘテロダイン検波素子に前記複数のビーム光を出射
する、請求項１に記載の光信号処理ビーム形成回路。
【請求項３】前記第２の光導波路アレーは、指向性の
あるマイクロ波を受信するアレーアンテナの複数の素子
に対応して接続された複数の混合器に所定の位相を有す
る複数のマイクロ波を給電する複数の光ヘテロダイン検
波素子に前記複数のビーム光を出射する、請求項１に記
載の光信号処理ビーム形成回路。
【請求項４】前記第２の光導波路アレーの前記複数の
入射口の配置形状は、前記アレーアンテナの前記複数の
素子の配置形状と相似である、請求項２または請求項３
に記載の光信号処理ビーム形成回路。
【請求項５】前記第１の光導波路アレーの前記複数の
出射口の配置形状は、前記信号光を生成する光源と前記
参照光を生成する光源との配置形状に相似である、請求
項２から請求項４のいずれか１項に記載の光信号処理ビ
ーム形成回路。
【請求項６】前記第２の光導波路アレーの前記複数の
入射口が設けられた領域は、前記所定のスポット径より
も小さい、請求項２から請求項５のいずれか１項に記載
の光信号処理ビーム形成回路。
【請求項７】前記第２の光導波路アレーの複数の光導
波路は、前記入射面から前記出射面に向かう方向に拡が
るように設けられている、請求項２から請求項６のいず
れか１項に記載の光信号処理ビーム形成回路。
【請求項８】前記第１の光導波路アレーの複数の光導
波路は、前記入射面から前記出射面に向かう方向に収束
するように設けられている、請求項２から請求項７のい
ずれか１項に記載の光信号処理ビーム形成回路。
【請求項９】前記レンズは、前記第１の焦点面を含む
第１の面と、前記第２の焦点面を含む第２の面とを有す
る円柱形状から成る、請求項１から請求項８のいずれか
１項に記載の光信号処理ビーム形成回路。
【請求項１０】第１の面と、前記第１の面に対向する第２の面と、前記第１の面と前記第２の面との間に設けられた複数の
光導波路とを備え、前記複数の光導波路の各々は、一方の口を前記第１の面
に有し、他方の口を前記第２の面に有し、前記複数の光導波路の複数の一方の口は、前記第１の面
において複数の層状に配列されている、積層型光導波路
アレー。
【請求項１１】前記複数の光導波路は、前記第１の面
から前記第２の面に向かう方向に拡がるように設けられ
ている、請求項１０に記載の積層型光導波路アレー。
【請求項１２】前記複数の一方の口は、指向性のある
マイクロ波を送受信するアレーアンテナテの複数の素子
の配置形状に相似して配列されている、請求項１０また
は請求項１１に記載の積層型光導波路アレー。
【請求項１３】前記複数の一方の口は、周波数の異な
る複数のレーザ光の複数の出射点の配置形状に相似して
配列されている、請求項１０または請求項１１に記載の
積層型光導波路アレー。
【請求項１４】前記複数の光導波路の複数のコアおよ
びクラッドは、ポリマーから成る、請求項１０から請求
項１３のいずれか１項に記載の積層型光導波路アレー。
【請求項１５】前記コアは、ポリメチルメタクリレー
トから成り、前記クラッドは、エポキシ樹脂から成る、請求項１４に
記載の積層型光導波路アレー。