JP2000501195A

JP2000501195A - サブミリメートル間接ヘテロダインレシーバおよびミキサ素子

Info

Publication number: JP2000501195A
Application number: JP9519817A
Authority: JP
Inventors: ス―チャンツァイ，チャールズ
Original assignee: ス―チャンツァイ，チャールズ
Priority date: 1995-11-21
Filing date: 1996-11-18
Publication date: 2000-02-02
Also published as: DE69629386D1; WO1997019527A1; EP0862818A1; DE69629386T2; EP0862818A4; CA2237661A1; US5796506A; EP0862818B1

Abstract

(57)【要約】電磁放射のためのコヒーレントレシーバは、周波数Ｆ_Sの電磁放射の入力信号を集めるための入力光学手段（１０）と、周波数Ｆ_LOで振幅変調される、周波数Ｆ_Oの光信号を生成するための光学局部発振器（１００）と、周波数Ｆ_S、Ｆ_OおよびＦ_LOに同時に応答するミキサ素子（６０）とを含み、入力信号は、ミキサ素子に電気的に導入され、光信号は、ミキサ素子に光学的に導入され、Ｆ_SとＦ_LOとの差に等しい周波数Ｆ_IFの出力信号を生成し、コヒーレントレシーバは、ミキサ素子に接続され、出力信号を処理するためのエレクトロニクス（５０）をさらに含む。

Description

【発明の詳細な説明】サブミリメートル間接ヘテロダインレシーバおよびミキサ素子背景１．発明の分野本発明は、サブミリメートルおよび遠赤外の電磁放射のための宇宙飛行適合性コヒーレントレシーバ、およびそのようなレシーバの利用方法に関する。本発明はさらに、そのようなレシーバ内で用いられるミキサ素子に関する。２．先行技術の説明電波天文学では、宇宙を探測し観測するために、１００ＧＨｚから１０ＴＨｚの周波数範囲で動作するヘテロダインレシーバを含む、スペースクラフトに搭載される地上設置型(ground based)望遠鏡が利用される。図１は、電波望遠鏡における従来のヘテロダインレシーバの基本構成を示す；R. BlundellおよびC. E.To ngによる「Submillimeter Receivers for Radio Astronomy」、Proceedingsof t he IEEE、Vol.80、No.11、November 1992、pp.1702-1720参照。レシーバは、幾つかのサブシステム、即ち、入力光学１０、局部発振器（ＬＯ）２０、ディプレクサ３０、ミキサ素子４０、およびエレクトロニクス５０に分割される。例えば望遠鏡などの入力光学１０は、周波数Ｆ_Sの非常に弱い入力信号の焦点を合わせてディプレクサ３０に向けられるビームにするために幾つかのリフレクターを含む。局部発振器２０は、これもディプレクサ３０に向けられる周波数Ｆ_LO の強いビームを生成する。例えばMartin-Puplett干渉計などのディプレクサ３０は、周波数Ｆ_SおよびＦ_LOの２つのビームを結合して、ミキサ素子４０に向けられる１つのビームにする。周波数Ｆ_SおよびＦ_LOの２つの信号は、通常ミキサ素子４０と一体にされるかあるいはミキサ素子４０に直接接続されるアンテナによって、振動電流として、ミキサ素子４０に導入される。周波数Ｆ_SおよびＦ_LO に電気的に応答する非線形素子において混合することにより、ミキサ素子４０は、Ｆ_Sとｎ×Ｆ_LOとの差に等しいより低い周波数Ｆ_IFの出力信号を生成する。ここで、調波(harmonic)ミキサの場合を除くほとんどの場合、整数ｎ＝１であり、調波ミキサの場合、ｎ＞１である。ミキサ素子４０の出力は、エレクトロニクス５０に接続され、増幅、濾過、および／またはスペクトル分析などのさらなる信号処理が行われる。現在用いられている広い瞬間帯域幅のサブミリメートルレシーバの場合、ミキサ素子４０は通常、以下の装置のうちの１つである：（１）半導体ショットキーよる「GaAs Schottky Diodes for THz Mixing Applications」、Proceedings of the IEEE、Vol.80、No.11、November 1992、PP.1827-1841参照、（２）液体ヘリウム冷却された超伝導体−絶縁体−超伝導体（ＳＩＳ）接合；M. J. Wenglerによる「Submillimeter-Wave Detection with Superconducting Tunnel Diodes」、Proceedings of the IEEE、Vol.80、No.11、November 1992、pp.1810-1826参照。ＳＩＳ装置は、１ＴＨｚまでの周波数Ｆ_Sでミキサ素子４０として用いることができ、１装置当たり１０μＷまでのＬＯポンプパワーを必要とする。ＳＢＤ装置は、１ＴＨｚを越える周波数Ｆ_Sでのみミキサ素子４０として用いられ、１装置当たり１ｍＷまでのＬＯポンプパワーを必要とする。周波数Ｆ_SおよびＦ_LO の入力ビームは、周波数Ｆ_S＜１ＴＨｚではＳＩＳまたはＳＢＤ装置に導波路結合され得るが、準光学結合技術は、周波数Ｆ_S＞１ＴＨｚにのみ用いられる；P. F. Goldsmithによる「Quasi-Optical Techniques」、Proceedings of the IEEE 、Vol.80、No.11、November 1992、pp.1729-1747参照。局部発振器２０は、以下のサブミリメートル波源から選択される：（１）光学的にポンピングされた遠赤外レーザ（ＯＰＦＩＲＬ）；G. Chinによる「Optical ly Pumped Submillimeter Laser Heterodyne Receivers: Astrophysical Observ ations and Recent Technical Developents」、Proceedings of the IEEE、Vol. 80、No.11、November l992、pp.1788-1799参照、（２）低温成長（ＬＴＧ）ＧａＡｓ光導電体における光学的光混合；E. R. Brown、K. A. McIntosh、K. B. Nic holsおよびC. L. Dennisによる「Photomixing up to 3.8THz in Low-temperatur e-grown GaAs」、Applied Physics Letters、Vol.66、No.3、January 16，1995 、pp.285-287参照、（３）高パワーマイクロ波ＧＵＮＮ発振器によってポンピング ncy Multipliers for Millimeter and Submillimeter Wavelengths」、Proceedi ngs of the IEEE、Vol.80、No.11、November 1992、pp.1842-1852参照、（４）共振トンネルダイオード発振器；R. Blundell、D. C. Papa、E. R. BrownおよびC. D. Parkerによる「Resonant Tunneling Diode Oscillator as an Alternat ive LO for SIS Receiver Applications」、Electronics Letters、Vol.29、No. 3、February 4，1993、pp.288-190参照。これまで、ＯＰＦＩＲＬおよび光学的光混合のみが、周波数Ｆ_LO＞１ＴＨｚの使用可能な出力パワーを立証している。ＯＰＦＩＲＬは、周波数Ｆ_LO＞１ＴＨｚで１ｍＷを越える出力パワーを生成する唯一の源である。これまで説明してきた従来のサブミリメートルヘテロダインレシーバは、地上設置型望遠鏡には適切であるが、低信頼性、頻繁なメンテナンス、低パワー効率、高パワー消費、重量が大きい、およびサイズが大きいという問題点がある。レシーバを宇宙飛行適用性にするためには、信頼性があり、コンパクトで、耐久性があり、軽量で、パワー効率がよくなければなならい。レシーバは、最初の打ち上げの際に生じる非常に大きい応力および歪みに耐えた後、宇宙の非常に苛酷な環境でいかなるメンテナンスあるいは手動による再較正も行わずに、より長い期間にわたって、安定し、正確で、狭い線幅で単一周波数の性能を維持しなければならない。現在のレシーバはいずれも、これらの要求を満たしておらず、特に、周波数Ｆ_S＞１ＴＨｚの場合、（ａ）ＬＯと入力とを効率的に結合するためには、精巧なディプレクサが必要であり、余分なスペースが必要となる。（ｂ）結合損失を最小にするために、ディプレクサを、各々の特定の周波数Ｆ_LO に調整しなければならない。（ｃ）ＯＰＦＩＲＬの宇宙での信頼性は疑わしい；固体技術(solic-state tec hnology)がはるかに好ましい。（ｄ）ＯＰＦＩＲＬは、ガスの分子遷移の際にしかレージング(lase)しないため、連続的には調整可能ではない。（ｅ）ＯＰＦＩＲＬのパワー変換は非常に効率が悪く、高パワー消費につながる。（ｆ）ＯＰＦＩＲＬは、ＴＨｚヘテロダインレシーバにおいてとび抜けて最も重く最も大きいサブシステムである。（ｇ）ＯＰＦＩＲＬには頻繁なメンテナンスが必要であり、パワー出力を最大にするように調節することも必要である。（ｈ）ＯＰＦＩＲＬの複雑で壊れやすいガス−レーザ管および光学は、宇宙での発射には向いていない。（ｉ）ＳＩＳミキサは、スペースクラフトに搭載している間、液体ヘリウム温度への冷却が必要である。（ｊ）どのＬＯも、ＯＰＦＩＲＬ以外の１ＴＨｚを越える周波数でｍＷレベルの出力を生成しない。目的および利点従って、本発明の目的は、従来のサブミリメートルヘテロダインレシーバの上述の不利な点を解消することである。本発明の幾つかの目的および利点を以下に示す。（ａ）ＬＯと入力信号とを結合するためのディプレクサを必要としなくなる。（ｂ）レシーバを、完全に、信頼性のある固体技術に基づいて作ることができる。（ｃ）レシーバ周波数が、連続的にあるいは異なる(discrete)小さい段階で調節可能である。（ｄ）パワー消費が最小化される。（ｅ）レシーバを、非常にコンパクトで軽量にすることができる。（ｆ）最適なレシーバ動作が単純で簡単であり、メンテナンスが不要である。（ｇ）レシーバ動作に液体ヘリウム温度が必要でない。本発明のその他の目的は、サブミリメートルおよび遠赤外分光学に有用な多用途コヒーレントレシーバを提供することである。スペースクラフトに搭載される電波望遠鏡の他に、本発明は、要求があまり厳しくなくコストに敏感な多くの応用のための、非常に安価に作ることができるコヒーレントレシーバを提供する。本発明により、ＴＨｚ分光計が、研究室において、電波スペクトルアナライザと同じぐらい普及することが可能となる。本発明のその他の目的および利点は、添付の図面およびその説明を考慮すれば明らかになる。図面の説明図１は、従来のサブミリメートルヘテロダインレシーバを示す従来技術の概略図である。図２は、本発明による間接ヘテロダインレシーバの概略図である。図３ａ、図３ｂおよび図３ｃは、本発明による３つの光学ＬＯ源の概略図である。図４ａは、本発明による基本的なミキサ素子の断面図である。図４ｂは、本発明によるミキサ素子に適切なコーナーキューブアンテナの斜視図である。図４ｃは、本発明によるミキサ素子に適切な平面対数らせんアンテナ(planarl ogarithmic-spiral antenna)の斜視図である。図５は、本発明による安定化された光学ＬＯの概略図である。図６ａ、図６ｂ、図６ｃ、図６ｄおよび図６ｅは、本発明によるエンハンストミキサ(enhanced mixer)の概略図である。図７ａは、光学ＬＯ出力および幾つかの基準キャビティモード(reference cav ity mode)のスペクトルである。図７ｂは、光学ＬＯ出力およびエンハンスメントキャビテイモード(enhanceme nt cavity mode)のスペクトルである。図７ｃは、エンハンストミキサ内部の光強度プロファイル対距離である。図７ｄは、別のエンハンストミキサ内部の光強度プロファイル対距離である。図８ａおよび図８ｂは、本発明によるエンハンストミキサの２つの実施形態の断面図である。図９は、本発明による、安定化された光学ＬＯおよびエンハンストミキサを利用する間接ヘテロダインレシーバの概略図である。図１０ａおよび図１０ｂは、本発明による２つのマルチレシーバアレイの概略図である。発明の説明および動作１．基本レシーバ構成図２は、本発明によるサブミリメートル間接ヘテロダインレシーバの基本構成を示す。レシーバは、幾つかのサブシステム、即ち、入力光学１０、光学局部発振器（ＬＯ）１００、ミキサ素子６０、およびエレクトロニクス５０に分割される。サブミリメートル波は、１００ＧＨｚから１０ＴＨｚの周波数範囲として大まかに定義される。光学波は、１０μｍから０．１μｍの周波数範囲として大まかに定義される。例えば望遠鏡などの入力光学１０は、周波数Ｆ_Sの例えば５０ｐＷなどの非常に弱い入力信号の焦点を合わせて、ミキサ素子６０に向けられるビームにするために幾つかのリフレクタを含む。周波数Ｆ_Sの信号は、通常ミキサ素子６０と一体であるかあるいはミキサ素子６０に直接接続されるアンテナによって振動電流として、ミキサ素子６０に導入される。光学ＬＯ１００は、例えば１ｍＷなどの強い光ビームであって、好ましくは１００％の変調で、周波数Ｆ_LOで強力に振幅変調され、ミキサ素子６０に光学結合される、周波数F_Oを中心とする光ビームを生成する。ここで、Ｆ_O＞＞Ｆ_SおよびＦ_O＞＞ＦＬ_Oであるか、あるいは、Ｆ_O＞１０Ｆ_SおよびＦ_O＞１０Ｆ_LOである。周波数Ｆ_O、Ｆ_OおよびＦ_LOに同時に応答する非線形ミキサ素子で混合することにより、ミキサ素子６０は、Ｆ_SとＦ_LOとの差に等しいより低い周波数Ｆ_IFの出力信号を生成する。ミキサ素子６０の出力は、エレクトロニクス５０に電気的に接続され、増幅、濾過、および／またはスペクトル分析などのさらなる信号処理が行われる。周波数Fsの入力信号および周波数Ｆ_OのＬＯ信号は完全に異なる経路を通してミキサ素子６０に導入されるため、従来のヘテロダインレシーバに必要とされるディプレクサは必要でない。間接ヘテロダインレシーバでは従来のＬＯの代わりに光学ＬＯ１００を用いるため、従来のヘテロダインレシーバで被っていたＬＯパワー結合損失であって、ディプレクサを通過することから生じるパワー損失、アンテナによる電磁波から電流への非効率的な変換、直列抵抗およびアンテナとミキサ素子とのインピーダンスの不一致から生じる抵抗損失および反射損失などを含むＬＯパワー結合損失がなくなっている。説明したような間接ヘテロダインレシーバでは、光学ＬＯ１００からのパワー出力は、ミキサ素子６０の混合部に直接導入され、その間で、パワー損失につながる変換は行われない。２．基本的光学ＬＯ源図３ａは、間接ヘテロダインレシーバのための光学ＬＯを示す。単一周波数レーザ１０２から、あるいはその他の任意の単色に近い光源からの周波数ＦＯの光出力は、電気発振器１２２により周波数Ｆ_LOで電気的に駆動される電気光学変調器１２０によって振幅変調され、Ｆ_OでのメインピークからＦ_LOだけ離れた２つのサイドピークを有する図示したような出力パワースペクトルが生成される。図示したスペクトルにおいて、垂直軸ｐはパワーであり、水平軸ｆは周波数である。１００ＧＨｚを越える変調周波数ではどの電気光学変調器も利用不可能であるため、この光学ＬＯは、現在Ｆ_LO＜１００ＧＨｚにのみ適切である。図３ｂは、間接ヘテロダインレシーバのための好適な光学ＬＯを示す。２つの単一周波数レーザ１０４および１０６から、あるいはその他の任意の２つの単色に近い光源からの周波数Ｆ_O1およびF_O2の２つの光出力は、光ビームコンバイナ１２４で結合され、Ｆ_LOだけ離れ、Ｆ_oを中心とする同じ偏光の２つのメインピークをＦ_O1およびF_O2を有する図示したような出力パワースペクトルが生成される。図示したスペクトルにおいて、垂直軸ｐはパワーであり、水平軸ｆは周波数である。周波数Ｆ_O1およびＦ_O2での２つのメインピークの振幅が等しい場合、結果として得られる周波数Ｆ_Oの光出力は、周波数Ｆ_LOで１００％変調される、振幅変調された波である。２つのレーザ１０４および１０６は、任意の２つの単色に近い光源であることが可能であり、その幾つかを挙げると、半導体レーザ、アルゴンイオンレーザ、色素レーザ、ネオジム：イットリウムアルミニウムガーネット（Ｎｄ：ＹＡＧ）レーザ、または二酸化炭素レーザがある。宇宙飛行適合性の間接ヘテロダインレシーバの場台、これらの２つのレーザ１０４および１０６は、ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ、ＩｎＧａＰ／ＩｎＡｌＰ／ＧａＡｓ、またはＩｎＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ材料系に基づく半導体レーザ、ＩｎＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ半導体レーザによってポンピングされる、エルビウムがドープされたファイバレーザ、あるいはＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ半導体レーザによってポンピングされるＮｄ：ＹＡＧレーザなどの、完全に固体技術に基づくものでなければならない。周波数Ｆ_LOを変えることは、適切な周波数間隔Ｆ_LOを達成するようにレーザ１０４および１０６の一方または両方のレージング周波数を調整することと同じように簡単である。幅広く調節可能なレーザには、半導体レーザ、エルビウムがドープされたファイバレーザ、あるいは色素レーザなどがある。例えば、遠隔通信のための１．５５μｍの波長で動作するＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ半導体レーザの場合、Ｆ_LOの５００ＧＨｚの調整範囲には、ほんの４ｎｍの波長シフトしか必要でない。このわずかな波長シフトは、半導体レーザの動作温度および／または動作電流を変えることによって容易に且つ再現可能に達成される。その他の調整技術には、グレーティングを回転させるかあるいはレーザキャビティ内部の光ファイバを調整して異なるレージング周波数を選択すること、などがある。図３ｃは、間接ヘテロダインレシーバのための別の光学ＬＯを示しており、レーザ１０８は、周波数Ｆ_O1およびＦ_O2の光出力を同時に生成する。レーザ１０８の１つの候補としては、レーザキャビティの隣接するモードで同時にレージングする多モードファブリ・ペローレーザが考えられ、この場合、Ｆ_LOは、モード間隔（自由スペクトル領域）に等しい。多モードレーザは、幾つかの困難な点をもたらす。例えば、２つより多いモードでレージングが起こった場合に、Ｆ_O1の光出力とＦ_O2の光出力との振幅が一致しない、および周波数Ｆ_LOでの線幅が大きい、などである。多モードレーザは、レシーバ仕様が狭い線幅または安定した動作を必要としない場合には有用であろう。レーザ１０８の別の可能な候補としては、光学複屈折ビームスプリッタおよび移動可能なグレーティングを組み込んでレーザ内で２つの異なるレージングモードを選択することによって通常実現される２つの選択可能なレージングモードを持続するように特に設計されたレーザが考えられる。しかし、このタイプのレーザは、図３ｂに示す２レーザ光学ＬＯによって与えられるような柔軟性あるいは使いやすさを与えない。３．基本的ミキサ素子図４ａは、間接ヘテロダインレシーバに用いるための基本的なミキサ素子６０を示す。ミキサ素子６０は、ショットキーバリア６２、低濃度にｎドープされた厚さｔの（Ｎ）半導体混合部６４、金属コンタクト６６、および高濃度にｎドープされた（Ｎ＋）コンタクト部６８を含む。さらに、金属線７０（陽極）および高濃度にｎドープされた（Ｎ＋）半導体基板７２（陰極）を示している。光学ＬＯ１００からの周波数Ｆ_Oの光出力がミキサ素予６０に導入され得る２つの可能な経路を図に示している。１つの経路は基板７２を通る経路であり、別の経路はミキサ素子６０側面からの経路である。基板７２を通した光学ＬＯの導入の場合、基板７２は、周波数Ｆ_Oで透明であるか、あるいは、ミキサ素子６０の製造中に除去またはエッチングされる。光学ＬＯ１００からの光出力は、外部光ファイバによって、あるいは基板７２上のミキサ素子６０と一体にされる導波路によって、運ぶことができる。混合部６４は、周波数Ｆ_Oで光学的に吸収する半導体材料を含み、コンタクト部６８は、周波数Ｆ_Oで光学的に透明な半導体材料を含む。周波数Ｆ_Oの入力信号および周波数Ｆ_IFの出力信号は、金属線７０を通してミキサ素子６０に、あるいは、ミキサ素子６０から電気的に伝導される。周波数Ｆ_Sの信号は、通常ミキサ素子６０と一体にされるかあるいはミキサ素子６０に直接接続されるアンテナによって振動電流として、ミキサ素子６０に導入される。ミキサ素子６０のための２つの適切なアンテナを、図４ｂおよび図４ｃに示す。これについてのさらなる詳細およびその他の例については、従来のヘテロダインレシーバに関して以前に引用した、R. BlundellおよびC. E. Tongの献を参照されたい。図４ｂに示すコーナーキューブアンテナでは、金属線７０の伸長部としての、長い線の進行波アンテナ７４が、コーナーキューブアセンブリ７６に配置される。周波数Ｆ_IFの出力信号のための出力接続７８を明らかにするために、図面では、アセンブリ７６中の２つのリフレクタのうちの一方を省いている。周波数Ｆ_Sの入力信号は、入力光学１０によってアセンブリ７６に向けられ、その後、アセンブリ７６のリフレクタによってアンテナ７４に反射される。アンテナ７４は、周波数Ｆ_Oの入射電磁放射を、周波数Ｆ_Oの振動電流に変換する。また、図４ｂに示すように、光学ＬＯ１００からの周波数Ｆ_Oの光出力は、ミキサ素子６０の基板（下側）を通してミキサ素子６０に直接導入される。図４ｃに示す平面対数らせんアンテナでは、ミキサ素子６０と一体にされるパターニングされた金属膜は、同時にアンテナ７４および金属線７０として機能する。周波数Ｆ_IFの出力信号のための出力接続７８は、示した通りである。周波数Ｆ_Sの入力信号は、入力光学１０によってアンテナ７４に向けられる。アンテナ７４は、周波数Ｆ_Sの入射電磁放射を、周波数Ｆ_Sの振動電流に変換する。また、図４ｃに示すように、光学ＬＯ１００からの周波数Ｆ_Oの光出力は、ミキサ素子６０の基板（下側）を通してミキサ素子６０に直接導入される。Ｆ_Oの光入力は、混合部６４において、Ｆ_LOでの振幅変調に比例して、電子− ホール対を生成する。電子−ホール対は、混合部６４およびショットキーバリア６２で、周波数Ｆ_Sの電気入力信号と直接混合し、より低い周波数Ｆ_IFの電気出力信号を生成する。ミキサ素子６０を通る順方向バイアス電流は、適切な動作のために、金属線７０を通して維持されるが、このバイアス電流は、ある特定の条件下では低減されるかあるいは完全に無くされる。なぜなら、周波数Ｆ_Oの光入力はまた、ミキサ素子６０で、光入力の平均パワーに比例する正味直流バイアスを生成するからである。ミキサ素子６０が、例えば約１ＴＨｚなどのサブミリメートル波の周波数Ｆ_S およびＦ_LOで動作するために、ミキサ素子６０に関連する直列抵抗および接合容量を最小まで低減しなければならない。直列抵抗は、熱ノイズおよび長いＲＣ時定数をもたらす。従来のフォトダイオードで用いられるこの透明な金属コンタクトは高い直列抵抗をもたらし、従って、透明な金属コンタクトをミキサ素子６０に用いることはできない。直列抵抗は、厚い金属コンタクト６６、高濃度にｎドープされたコンタクト部６８、および基板７２によって最小にされる。容量は、総装置面積を低減し、金属コンタクト６６と基板７２との間の寄生容量を増加させる不要なメタライゼーションを無くすことによって最小にされる。図４ａに示す混合部６４およびコンタクト部６８の台形の断面形状は、金属コンタクト６６と基板７２との間の距離を増加し、これにより、低い直列抵抗を維持しながら、寄生容量が低減される。周波数Ｆ_S、ＦＬ_O〜１ＴＨｚで動作しているミキサ素子６０について混合部６４で測定される典型的な装置面積は、約０．５μｍ²〜約２μｍ²である。Ｎ＋コンタクト部６８およびＮ＋基板７２の典型的なドーピングレベルは、１〜５×１０¹⁸ｃｍ³以上である。ミキサ素子６０に関する１つの重要なパラメータは、混合部６４の厚さｔである。周波数ＦＳおよびＦ_LOに対して厚さｔが大きすぎる場合、直列抵抗力伏幅に増加し、Ｆ_Oの不要な光学ＬＯパワーは、混合プロセスに寄与することなく吸収されてしまう。周波数Ｆ_SおよびＦ_LOに対して厚さｔが小さすぎる場合、ミキサ素予６０に関連する接合容量が増加し、光学ＬＯパワー吸収は低減され、従って、周波数ＦＯのはるかに強い光学ＬＯビームが必要となる。厚さｔの最大の限界は、電子が混合部６４を通過するために必要な移行時間によって決定される。例えば、混合部６４が、ｖ_n＝２．１×１０⁷ｃｍ／ｓの最大電子ドリフト速度を有するＩｎ_0.53Ｇａ_0.47Ａｓであり、周波数Ｆ_LOが１ＴＨｚであれば、厚さｔは、ｔ_m＝ｖ_n／Ｆ_LO＝２１０ｎｍであり、好ましくは１０５ｎｍ以下である。この点で、ミキサ素子６０は従来のフォトダイオードと類似している；J. E. BowersおよびC. A. Burrusによる「Ultrawide-Band Long-Wavelength p-i-n Photodetecto rs」、Journal of Lightwave Technology、Vol.LT-5、No.10、October 1987、pp .1339-1350参照。ミキサ素子６０に関する別の重要なパラメータは、混合部６４の平均ドーピングレベルである。厚さｔに対して平均ドーピングレベルが高すぎると、接合容量が大幅に増加して、混合プロセスが悪化し、ショットキーバリア６２がより理想的ではなくなってしまう。厚さｔに対して平均ドーピングレベルが低すぎると、直列抵抗およびミキサ熱ノイズが増加してしまう。ミキサ素子６０の動作のために必要とされる最小平均ドーピングレベルｄ_mは、ゼロバイアス状態で、即ち、金属コンタクト６６および基板７２に印加する電圧を０Ｖにした状態で、ショットキーバリア６２のおおよその空乏(depletion)幅ｗ_dを等しくすることによって決定され、最大厚さｔ_mは、以前に説明したように決定される：ここで、ε_Sは、混合部６４に用いられる半導体材料の誘電率であり、Ｖ_biは、ショットキーバリア６２のビルトイン電圧(built-in potential)であり、ｑは、電子の電荷である。ｔ_m＝２１０ｎｍで１ＴＨｚのＡｕ金属コンタクト６６を有するＩｎ_0.53Ｇａ_0.47Ａｓ混合部６４の以前の実施例に引き続き、最小ドーピングレベルｄ_mは１．８×１０¹⁶／ｃｍ³に等しい。この特定の実施例では、混合部６４は、最適には、１００ｎｍの厚さでなければならず、８×１０¹⁶／ｃｍ³以上の平均レベルまでドープしなければならない。ミキサ素子６０の最小ドーピングレベル制限は従来のフォトダイオードとは異なり、ドーピングレベル制限は、最大レベルが、フォトダイオードにおいて完全に空乏にされた活性領域をもたらすレベルを越えないことである。ミキサ素子６０は、分子線エピタキシ（ＭＢＥ）あるいは有機金属気相エピタキシ（ＯＭＶＰＥ）などの周知のエピタキシャル技術を適用することによって製造できる。混合部６４およびコンタクト部６８の図４ａに示す台形形状は、誘電性マスクの開口部内での選択的エピタキシによって、あるいは、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）などのエッチング技術を用いて平面エピタキシャル層を物理的にパターニングすることによって、自然に形成できる。混合部６４は、Ｉｎ_0. ₅₃ Ｇａ_0.47ＡｓなどのＦ_Oで吸収する１つの半導体材料で構成するか、あるいは、ＭＢＥまたはＯＭＶＰＥ技術によって製造されるＧａＡｓの歪んだ(strained) Ｉｎ_0.2Ｇａ_0.8Ａｓ井戸の複数の量子井戸型構造などの吸収性あるいは非吸収性の多数の層および／または段階的な層で、構成することができる。コンタクト部６８についても同じことがあてはまるが、この場合、半導体材料は周波数F_Oでは非吸収性でなければならない。本明細書に示す説明に基づいて、他の多くの等価な構造を生成することができる。４．光学ＬＯ源の安定化これまで説明してきた間接ヘテロダインレシーバが、調整可能で且つ再現可能な周波数で非常に狭い線幅の信号を分解することができる単一周波数の安定した性能を有するためには、光学ＬＯ１００を安定化しなければならない。図３ｂに示す好適な光学ＬＯ構成の場合、周波数間隔Ｆ_LOを正確で安定した値に維持しなければならない。例えば、レーザ１０４のレージング波長が１．５５μｍから０．１ｎｍだけドリフトし、レーザ１０６が安定したままであれば、このドリフトにより、Ｆ_LOで１２．５ＧＨｚの周波数シフトがもたらされる。この周波数シフトは、間接ヘテロレシーバの多くの用途では受け入れることができない。例えばレシーバ線幅＜０．５ＭＨｚ、短期間ドリフトレート＜１ＭＨｚ／時、および長期間ドリフトレート＜１０ＭＨｚ／５年という厳しい仕様が必要とされるスペースクラフトに搭載されるレシーバでは特に、受け入れることができない。原子遷移線などの、レーザを絶対周波数基準に固定する安定化技術は、２レーザ光学ＬＯについてはその使用が制限される。中心周波数Ｆ_Oでの絶対周波数ドリフトは、レーザ１０４と１０６との間の周波数間隔Ｆ_LOが正確に維持されいる限り、受け入れることができる。特に有利な安定化構成は、レーザ１０４および１０６を、通常高フィネス(fin esse)の、図５に示すようなキャビティ長Ｌ_rの光学ファブリ・ぺロー基準キャビティ１７０に固定することである。また、図５には、一般にPound−Drever技術と呼ばれるレーザ安定化システムを示している；R. W. P. Dreverらによる「Las er Phase and Frequency Stabilization Using an 0ptical Resonator」、Appli ed Physics B、Vol.31、1983、pp.97-105参照。この安定化技術を立証する別の文献は、T. Day、E. K. GustafsonおよびR. L. Byerによる「Sub-Hertz Relative Frequency Stabilization of Two Diode-Laser-Pumped Nd:YAG Lasers Locked t o a Fabry-Perot Interferometer」、IEEE Journal of Quantum Electronics, V ol.28、No.4、April 1992、pp.1106-1117である。その他のレーザ安定化システムも可能ではあるが、Pound−Drever技術で用いるような反射ビームではなく、基準キャビティを透過するビームを用いる場合の過渡への応答が遅い、あるいは、フォトダイオードの応答の不一致から周波数ドリフトが生じる、などの欠点がある。図５に示すように、レーザ１０４の光出力は、光アイソレータ１３０を通るように向けられ、レーザ発振に悪影響を与える不要な光フィードバックが防がれる。アイソレータ１３０からの出力は、光ビームスプリッタ１２６によって２つの部分に分割される。１つの部分は光ビームコンバイナ１２４内に入るように向けられ、光学ＬＯ出力を形成する。もう一つの部分は、電気光学位相変調器１４０を通り、その後、光ビームコンバイナおよび方向カプラ１２８を通り、最後に基準キャビティ１７０を通るように向けられる。基準キャビティ１７０から反射された光ビームは、カプラ１２８を通って光検出器１５０内に入るように向けられる。検出器１５０からの電気出力は、電子安定化器回路１６０内に入るように向けられ、フィルタリング、位相感応ヘテロダイン検出、およびサーボフィードバックが行われ、Pound-Drever技術に従ってレーザ１０４を制御する。また、同様の構成が、別個のアイソレータ１３０、光ビームスプリッタ１２６、電気光学位相変調器１４２、および電子安定化器回路１６２を別個に有し、検出器１５０、カプラ１２８、キャビティ１７０およびコンバイナ１２４を共有するレーザ１０６にも当てはまる。変調器１４０および１４２は、キャビティ１７０のモード線幅よりも大きい２つの異なる周波数でそれぞれ安定化器回路１６０および１６２によって電気的に駆動され、検出器１５０の電気出力の２つのフィードバック信号間の区別を可能にする。レーザ１０４および１０６、アイソレータ１３０、ビームスプリッタ１２６、電気光学変調器１４０および１４２、検出器１５０、ビームコンバイナおよび方向カプラ１２８、ならびにビームコンバイナ１２４を含むこれらの構成要素のほとんどは、集積光学の周知の技術を用いて半導体ウエハ上に集積することができる。 Pound-Drever技術では、レーザを、基準キャビティのモードの中心に固定する。図５に示すファブリ・ペロー基準キャビティ１７０のモード中心周波数は、であり、ここで、ｍは正の整数であり、ｃは真空中での光の速度であり、ｎ_rはキャビティ１７０内の媒体の屈折率であり、Ｌ_rはキャビティ長である。レーザ１０４および１０６が図示するように安定化されると、周波数Ｆ_Loを変えることは、図７ａに示すようなの隣接モード間隔で、パワーｐ対周波数ｆのスペクトルを、キャビティ１７０の異なるモードに固定することと同じぐらい簡単である。図７ａでは、２つの実際のレージングモードを実線で示しており、基準キャビティ１７０のモードを破線で示している。例えば、ｎ_r＝１で、Ｌ_r＝１５ｃｍであれば、モード間隔（自由スペクトル範囲）は１ＧＨｚであり、Ｆ_LOは、キャビティ１７０の隣接するモードに固定することにより１ＧＨｚの異なる(discrete)段階で調整することができる。周波数間隔Ｆ_LOはキャビティ１７０の安定性と同じぐらい正確であり、キャビティ１７０は、熱ドリフトの低い材料を選択し、キャビティ１７０を一定の温度に維持することによって非常に安定した状態にすることができる。究極の安定性のために、キャビティ１７０はさらに、調節可能にすることができ、且つ、当該技術分野において周知の技術を用いて外部原子遷移線に固定することができる。安定化回路１６０および１６２によるレーザ１０４および１０６のサーボフィードバックのために、幾つかのレーザパラメータが調整され得る。半導体レーザの場合、動作温度および動作電流を調整することができる。ダイオードレーザによってポンピングされるＮｄ：ＹＡＧレーザの場合、ゲイン媒体(gain medium) の温度、ゲイン媒体に入射するポンピングパワー、およびレーザキャビティ長を調整することができる。電気光学位相変調器などのその他の制御素子をレーザキャビティに組み込むことも可能である。５．エンハンストミキササブミリメートル波の周波数で動作するためには、ミキサ素子６０の混合部６４はかなり薄くなければならず、上で説明したｔ_mによって制限される。従って、入射光学ＬＯパワーの吸収は非効率的となる。ほとんどの入射光学ＬＯパワーは、吸収されずに混合部６４を通って移動するため、浪費されない。混合部６４、あるいはＰＩＮダイオードまたは光伝導性装置などのその他の任意の感光性装置での吸収は、光リフレクタを加えることによって劇的に高めることができる。幾つかのエンハンストミキサを図６ａ、図６ｂ、図６ｃ、図６ｄおよび図６ｅに示している。周波数Ｆ_Oの光学ＬＯパワーの入射方向を、矢印で示している。図６ａに示すエンハンストミキサ９０では、光学リフレクタ８０は、台形の記号で表されるミキサ素子６０の一方側に配置される。入射光学ＬＯパワーは、ミキサ素子６０を二度通過し、それによって、２のファクタだけ光吸収を高める。図６ｂに示すエンハンストミキサ９２では、ミキサ素子６０は、２つの光リフレクタ８０および８２によって形成される、キャビティ長Ｌ_eを有する短いファブリ・ペローキャビティ内部に配置される。ここで、Ｌ_eは、周波数Ｆ_Oの幾つかの１／２波長に等しく、周波数Ｆ_LOの１つの１／２波長よりも小さい。図７ｂは、エンハンストミキサ９２の動作状態を示しており、周波数F_O1およびF_O2の２つのレージングモードが、線幅δｆ_e＞Ｆ_LOの短いファブリ・ペローキャビティのキャビティモードの中心に集まる。このスペクトルにおいて、垂直軸ｐはパワーであり、水平軸ｆは周波数であり、光学ＬＯ出力を実線で示し、キャビティモードを破線で示している。図７ｃは、この動作状態でのエンハンストミキサ９２内部の光強度プロファイル対距離を示し、この場合、短いファブリ・ぺローキャビティ内部の高い強度により、ミキサ素子６０によって吸収される総光学ＬＯパワーが何倍にも増加する。図６ｃに示すエンハンストミキサ９４では、２つの光リフレクタ８２および８４が、ミキサ素子６０に隣接する、キャビティ長Ｌ_rを有する長いファブリ・ペローキャビティを形成する。ミキサ素子６０の光吸収は高められないが、基準キャビティとして用いるのに適切なキャビティが作り出される。図６ｄに示すエンハンストミキサ９６では、ミキサ素子６０は、２つの光リフレクタ８０および８４によって形成される、キャビティ長Ｌ_rを有する長いファブリ・ペローキャビティ内部に配置される。ここで、Ｌ_rは、周波数Ｆ_LOの１つの１／２波長に等しいかあるいはそれよりも大きく、ミキサ素子６０の光吸収は何倍にも高められる。しかし、この長いキャビティから得ることができる最大のフィネスは、吸収性ミキサ素子６０によって大幅に低減され、この長いキャビティは、基準キャビティとして用いるためにはより満足がいくものでなくなる。図６ｅに示すエンハンストミキサ９８では、ミキサ素子６０は、３つの光リフレクタ８０、８２および８４によってそれぞれ形成される、キャビティ長Ｌ_rを有する長いファブリ・ぺローキャビティと縦一列に配置された、キャビティ長Ｌ_e を有する短いファブリ・ぺローキャビティ内部に配置される。ここで、Ｌ_eは、周波数Ｆ_Oの幾つかの１／２波形に等しく、且つ、周波数Ｆ_LOの１つの１／２波長よりも小さく、Ｌ_rは、周波数Ｆ_LOの１つの１／２波長に等しいかあるいはそれよりも大きい。図７ｂに示す動作状態はまた、エンハンストミキサ９８にもあてはまる。図７ｄは、この動作状態でのエンハンストミキサ９８内部の光強度プロファイル対距離を示す。この場台、短いファブリ・ペローキャビティ内部の高い強度により、ミキサ素子６０によって吸収される総光ＬＯパワーが何倍にも増加する。この強度プロファイルはまた、長いキャビティから得ることができる最も高いフィネスは、吸収性ミキサ素子６０の影響を受けず、この長いファブリ・ペローキャビティは、光学ＬＯ安定化のための基準キャビティとして理想的である。図８ａは、エンハンストミキサ９８の１つの特定の実施形態を示す。本実施形態では、光リフレクタ８０、８２および８４は、周波数Ｆ_Oで光学的に透明な材料からなる層を積層したものである。これらの層では、光学的厚さは１／４波長であり、屈折率が交互になっている。各積層中の層の数は、それぞれの光リフレクタ８０、８２、８４に必要とされる光反射率によって決定される。光リフレクタ８０は、２つの異なる部分に分割される。ミキサ素子６０の一部分である金属コンタクト６６はまた、ミキサ素子６０の上の光リフレクタ８０として機能する。光リフレクタ８０の他の部分は、異なる屈折率ｎ₁よびｎ₂を有する２つの材料、例えばそれぞれ２．０および１．４６の屈折率を有する窒化シリコンおよび二酸化シリコンを、化学的気相成長あるいはスパッタリングによって堆積させてなる。光リフレクタ８２は、異なる屈折率ｎ₃およびｎ₄を有する２つの材料、例えば１．５５μｍの波長でそれぞれ３．５５および３．１７の屈折率を有するＩｎＧａＡｓＰおよびＩｎＰを、ＯＭＶＰＥによって堆積させてなる。長いキャビティは、屈折率ｎ₅を有する透明基板７２、例えば、１．５５μｍの波長で３．１７の屈折率を有するＩｎＰを含む。光リフレクタ８４は、異なる屈折率ｎ₆およびｎ₇を有する２つの材料、例えば二酸化シリコンおよび窒化シリコンからなる。入射光学ＬＯビームの焦点を合わせてミキサ素子６０で小さいスポットにすることを可能にし、長いファブリ・ペローキャビティでの回折から生じる光損失を低減するために、リフレクタ８４は湾曲形状にされる。周波数Ｆ_Oの光学ＬＯパワーの入射方向を矢印で示している。図８ｂは、エンハンストミキサ９８の別の特定の実施形態を示している。本実施形態では、光リフレクタ８０、８２および８４はそれぞれ、必要とされる反射率に依存してｍで示す様々な厚さを有する金属膜からなる層である。ミキサ素子６０が伸長された金属コンタクトはまた、光リフレクタ８０として機能する。屈折率ｎ₈の透明誘電性材料、例えば二酸化シリコンからなる層は、半導体表面上のミキサ素子６０以外の部分に堆積され、伸長された金属コンタクトを絶縁し、寄生容量を低減する。例えばＡｌＧａＡｓなどの、屈折率ｎ₉を有する伸長されたコンタクト部６８は、例えばＧａＡｓなどの基板７２の上に堆積され、電気的コンタクトを可能にし、ミキサ素子６０を支持する。基板７２は、エッチングにより、ミキサ素子６０の下側から完全に除去される。リフレクタ８２は、金属膜からなる層を堆積することにより、電気的コンタクトおよびヒートシンクとしての役割も果たす伸長されたコンタクト部６８の上に形成される。焦点合わせレンズ８６の上に堆積された金属膜からなる層は、リフレクタ８４としての役割を果たす。入射光学ＬＯビームの焦点を合わせてミキサ素子６０で小さいスポットにすることを可能にし、長いファブリ・ペローキャビティでの回折から生じる光損失を低減するために、リフレクタ８４は湾曲形状にされる。光リフレクタ８２と８４との間の屈折率ｎ₁₀を有する開きスペースは、長いファブリ・ペローキャビティ用のキャビティとしての役割を果たす。周波数Ｆ_Oの光学ＬＯパワーの入射方向を矢印で示している。エンハンストミキサ９８の上記２つの特定の実施形態には、追加および変更が可能である。例えば、これらの２つの実施例から、光リフレクタ８０、８２および８４の特定の実施形態を選択して、新しい組合せを作ることもできる。他の等価な構造を形成するために、他の製造手順が当業者によって考案され得る。キャビティ共振モードの電気的調節を可能にするために、電気光学位相変調器などの他の素子を、短いファブリ・ペローキャビティあるいは長いファブリ・ペローキャビティに組み込むこともできる。長いファブリ・ペローキャビティ共振モードの外部調節を可能にするために、例えば、基準キャビティの安定化のために外部原子遷移線への固定を可能にするために、レンズ８６を圧電アクチュエータに装着することもできる。入射光学ＬＯパワーを高めることを可能にするために、短いファブリ・ペローキャビティあるいは長いファブリ・ペローキャビティに、光振幅素子を組み込むこともできる。６．エンハンストミキサを備える間接ヘテロダインレシーバ以下の説明では、エンハンスメントキャビティとは、ミキサ素子６０での光吸収を増加するのに適切な短いファブリ・ペローキャビティのことを指し、基準キャビティとは、光学ＬＯ安定化のために適切な長いファブリ・ペローキャビティのことを指す。図９において、エンハンストミキサ９８は、安定化された光学ＬＯ源を備える間接ヘテロダインレシーバに適用される。安定化された光学ＬＯ源は、別個の光ＬＯ出力を生成するための２つの光ビームスプリッタ１２６および光ビームコンバイナ１２４が無いことを除いて、図５に示したものと同じである。光ビームコンバイナおよび方向カプラ１２８からの光出力は、基準キャビティおよびエンハンスメントキャビティが組み込まれたエンハンストミキサ９８に直接導入される。基準キャビティからの光反射は、光学ＬＯ安定化のために、カプラ１２８を通して検出器１５０内に向けられる。ミキサ素子６０は、安定化された光学ＬＯ源からの周波数Ｆ_O1およびＦ_O2の光入力を、周波数Ｆ_Sの弱い入射信号と混合し、より低い周波数Ｆ_IFの出力信号を生成する。エンハンストミキサを備える間接ヘテロダインレシーバは、幾つかの独自の利点を有する。別個の基準キャビティおよび別個の光学ＬＯ出力について、光パワーが浪費されない。最大の周波数安定性を可能にするために、すべての利用可能なレーザパワーが、組み込まれた基準キャビティを通るように向けられる。なぜなら、レーザサーボフィードバックの効率性は、反射された信号の強度と信号対ノイズ比とに依存するためである。別個のアライメントの代わりに、基準キャビティおよびミキサ素子への光学ＬＯパワーの導入のためのアライメントを、１つのステップで行うことができる。周波数混合の他に、ミキサ素子はまた、入射光学ＬＯビームを整列させ、且つ、光学ＬＯ安定化のためのファブリ・ペローモードの位置を特定するための検出器としての役割を果たすことができる。光学ＬＯ安定化のために導入される無線周波数位相変調は、組み込まれた基準キャビティによって反射されて検出器１５０に戻される。組み込まれた基準キャビティはまた、ミキサ素子を、光学ＬＯ源からのいかなる瞬間的な周波数シフト、振幅ノイズ、あるいは位相ノイズからも保護する。なぜなら、光学ＬＯ源は、任意の瞬間にキャビティ内部に貯えられる総平均パワーと比べて、わずかな量の入射パワーにしか寄与しないからである。その結果、パワー効率が良く、周波数安定性で、使いやすく、低ノイズで、非常にコンパクトで軽量なレシーバが得られる。間接ヘテロダインレシーバをマルチレシーバアレイに拡張するのは簡単である。図１０ａは、光学ＬＯ安定化のために基準キャビティが組み込まれた「マスタ」エンハンストミキサ９８と、３つの「スレーブ」エンハンストミキサ９２ａ、９２ｂおよび９２ｃとを含むマルチレシーバアレイを示す。これらのエンハンストミキサはすべて、Ａ、Ｂ、Ｃ、ＤおよびＥの文字で示す適切な接続を用いて、図９に示すものと同一の安定化された光学ＬＯ源によって駆動される。ミキサ９２ａ、９２ｂおよび９２ｃの間で光学ＬＯパワーを分配するために、別の光ビームコンバイナ１２４および光ビームスプリッタ１２６が組み込まれる。図１０ｂは、図５に示す安定化された光学ＬＯ源によって駆動されるマルチレシーバアレイを示す。エンハンストミキサ９２ａ、９２ｂ、９２ｃおよび９２ｄの間で光学ＬＯパワーを分配するために、別の光ビームスプリッタ１２６が組み込まれる。これらのマルチレシーバアレイは、多数のレシーバが同時に動作して画像あるいは位相アレイ(phased array)を形成する応用において有用である。発明の要旨、効果および範囲以上、間接ヘテロダインレシーバ、ミキサ素子、およびエンハンストミキサとレシーバとの様々な組合せを説明してきた。先行技術のレシーバの多くの不利な．および制約が解消されている。（ａ）相当量のスペースを必要とする複雑なディプレクサが必要でなくなる。（ｂ）完全に固体技術に基づいて、信頼性のあるレシーバを作ることができる。（ｃ）レシーバ周波数が、安定しており、容易に調節可能である。（ｄ）パワー効率が最大になり、パワー消費が最小になる。（ｅ）非常にコンパクト且つ軽量の、耐久性のあるレシーバを作ることができる。（ｆ）レシーバ動作が単純で簡単であり、日常的なメンテナンスが不要となる。（ｇ）レシーバ動作に液体ヘリウム温度が不要となる。以上の説明は、多くの特定的事項を含むが、これらの特定的事項は、本発明の範囲の限定として解釈されるべきではなく、むしろ、本発明の好適な実施形態の例示として解釈されるべきである。他の多くの変形も可能である。例えば、ミキサ素子におよびミキサ素子から信号を伝導するために金属線を用いる代わりに、示したような金属コンタクトの一部分としてアンテナを直接組み込んでもよい。反射ビームの代わりに、ファブリ・ペロー基準キャビティから透過したビームを用いて、光学ＬＯのためのレーザを安定化させてもよい。レーザは、Pound−Dre ver技術の場合のように中心に固定する代わりに、キャビティモード側に固定することができる。従って、本発明の範囲は、示した実施形態によってではなく、添付の請求の範囲およびその法律上等価なものによって決定されるべきである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０４Ｂ 10/152

Claims

【特許請求の範囲】１．電磁放射のためのコヒーレントレシーバであって、約１０¹³Ｈｚよりも低い周波数Ｆ_Sの電磁放射の入力信号を集めるための入力光学手段と、約３×１０₁₃Ｈｚよりも高い周波数Ｆ_Oの光信号であって、約１０₁₃Ｈｚよりも低い周波数Ｆ_LOで振幅変調される光信号を生成するための光学局部発振器手段と、該周波数Ｆ_S、Ｆ_OおよびＦ_LOに同時に応答するミキサ素子手段とを含み、該入力信号は、該ミキサ素子手段に電気的に導入され、該光信号は、該ミキサ素子手段に光学的に導入され、該周波数Ｆ_SとＦ_LOとの差に実質的に等しい周波数Ｆ_IFの出力信号を生成し、該ミキサ素子手段に接続され、該出力信号を処理するためのエレクトロニクス手段をさらに含む、レシーバ。２．前記光学局部発振器手段は、前記周波数Ｆ_LOの周波数だけ離れ、前記周波数Ｆ_Oの周波数を中心とする２つの周波数Ｆ_O1およびＦ_O2の２つの単色に近い光源を含む、請求項１に記載のレシーバ。３．前記周波数Ｆ_O1およびＦ_O2の前記光源は、基準光学共鳴キャビティの２つのキャビティモードに固定することによって安定化される、請求項２に記載のレシーバ。４．前記ミキサ素子手段は、金属コンタクトと、厚さｔおよび平均ドーピング濃度ｄの混合部であって、前記周波数Ｆ_Oで光学的に吸収する半導体材料を含む混合部と、該金属コンタクトおよび該混合部から形成されるショットキーバリアと、該周波数Ｆ_Oで光学的に透明な半導体材料を含むコンタクト部であって、該混合部に近接するコンタクト部とを含む、請求項１に記載のレシーバ。５．前記光学局部発振器手段は、前記周波数Ｆ_LOの周波数だけ離れ、前記周波数Ｆ_Oの周波数をほぼ中心とする２つの周波数Ｆ_O1およびＦ_O2の２つの単色に近い光源を含む、請求項４に記載のレシーバ。６．前記周波数Ｆ_O1およびＦ_O2の前記光源は、基準光学共鳴キャビティの２つのキャビティモードに固定することによって安定化される、請求項５に記載のレシーバ。７．前記厚さｔはｔ_m＝ｖ_n／Ｆ_LOよりも小さく、ここで、ｖ_nは、前記混合部の前記半導体材料の最大電子ドリフト速度であり、前記平均ドーピング濃度ｄは、ｄ_m＝２ε_SＶ_bi／ｑｔ_m ²よりも大きく、ここで、ε_Sは、該混合部の該半導体材料の誘電率であり、Ｖ_biは、前記ショットキーバリアのビルトイン電圧であり、ｑは、電子の電荷である、請求項４に記載のレシーバ。８．前記光学局部発振器手段は、前記周波数Ｆ_LOの周波数だけ離れ、前記周波数Ｆ_Oの周波数を中心とする２つの周波数Ｆ_O1およびＦ_O2の２つの単色に近い光源を含む、請求項７に記載のレシーバ。９．前記周波数Ｆ_O1およびＦ_O2の前記光源は、基準光学共鳴キャビティの２つのキャビティモードに固定することによって安定化される、請求項８に記載のレシーバ。１０．前記ミキサ素子手段は、エンハンスメント光学共鳴キャビティに配置され、これにより、該ミキサ素子手段によって、前記周波数Ｆ_Oの前記光信号から吸収される総光パワーが増加する、請求項７に記載のレシーバ。１１．前記光学局部発振器手段は、前記周波数Ｆ_LOの周波数だけ離れ、前記周波数Ｆ_Oの周波数をほぼ中心とする２つの周波数Ｆ_O1およびＦ_O2の２つの単色に近い光源を含む、請求項１０に記載のレシーバ。１２．前記周波数Ｆ_O1およびＦ_O2の前記光源は、基準光学共鳴キャビティの２つのキャビティモードに固定することによって安定化される、請求項１１に記載のレシーバ。１３．前記基準光学共鳴キャビティは前記ミキサ素子手段と一体にされ、前記光信号は、該基準光学共鳴キャビティを通して該ミキサ素子手段に導入される、請求項１２に記載のレシーバ。１４．約１０¹³Ｈｚよりも低い周波数Ｆ_Sの電磁放射を受け取る方法であって、該周波数Ｆ_Sの入力信号を集めるための入力光学手段を与えることと、約３×１０¹³Ｈｚよりも高い周波数Ｆ_Oの光信号であって、約１０¹³Ｈｚよりも低い周波数Ｆ_LOで振幅変調される光信号を生成するための光学局部発振器手段を与えることと、該周波数Ｆ_S、Ｆ_OおよびＦ_LOに同時に応答するミキサ素子手段を与えるステップと、該入力信号を該ミキサ素子手段に電気的に導入し、該光信号を該ミキサ素子手段に光学的に導入して、該周波数Ｆ_SとＦ_LOとの差に実質的に等しい周波数Ｆ_IF の出力信号を生成することと、該ミキサ素子手段に接続され、該周波数Ｆ_IFの該出力信号を処理するためのエレクトロニクス手段を与えることとを包含する、方法。１５．前記光信号は、前記周波数Ｆ_LOの周波数だけ離れ、前記周波数Ｆ_Oの周波数をほぼ中心とする２つの周波数Ｆ_O1およびＦ_O2の２つの単色に近い光源を含む前記光学局部発振器手段を与えることによって生成される、請求項１４に記載の方法。１６．前記入力信号および前記光信号は、前記ミキサ素子手段に導入され、前記ミキサ素子手段は、金属コンタクトと、厚さｔおよび平均ドーピング濃度ｄの混合部であって、前記周波数Ｆ_Oで光学的に吸収する半導体材料を含む混合部と、該金属コンタクトおよび該混合部から形成されるショットキーバリアと、該周波数Ｆ_Oで光学的に透明な半導体材料を含むコンタクト部であって、該混合部に近接するコンタクト部とを含む、請求項１４に記載の方法。１７．前記光信号は、前記周波数Ｆ_LOの周波数だけ離れ、前記周波数Ｆ_Oの周波数をほぼ中心とする２つの周波数Ｆ_O1およびＦ_O2の２つの単色に近い光源を含む前記光学局部発振器手段を与えることによって生成される、請求項１６に記載の方法。１８．前記光信号は、前記周波数Ｆ_O1およびＦ_O2の前記光源を、基準光学共鳴キャビティの２つのキャビティモードに固定することによって安定化される、請求項１７に記載の方法。１９．前記ミキサ素子手段の前記混合部には、ｔ_m＝ｖ_n／Ｆ_LOよりも小さい前記厚さと、ｄ_m＝２ε_SＶ_bi／ｑｔ_m ²よりも大きい前記平均ドーピング濃度ｄとが与えられ、ここで、ｖ_nは、前記混合部の前記半導体材料の最大電子ドリフト速度であり、ε_Sは、該混合部の該半導体材料の誘電率であり、Ｖ_biは、前記ショットキーバリアのビルトイン電圧であり、ｑは、電子の電荷である、請求項１７に記載の方法。２０．前記ミキサ素子手段によって前記周波数Ｆ_Oの前記光信号から吸収される総光パワーは、該ミキサ素子手段をエンハンスメント光学共鳴キャビティ内部に配置することによって増加する、請求項１９に記載の方法。