JP2007174484A - Optical phase delay control device, and optically controlled beam forming circuit - Google Patents

Optical phase delay control device, and optically controlled beam forming circuit Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve precision in the optical phase delay control in an optical phase delay control device used for an optically controlled beam forming circuit for controlling the excitation amplitude phase of each element antenna in an array antenna, for example, in an optical region. <P>SOLUTION: The optical phase delay control device is provided with an optical beam division means to divide an input light wave into two or more beams spatially and a spatial phase modulation means which respectively carries out phase modulation of the two or more beams spatially divided the optical beam division means. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

この発明は、例えばアレイアンテナにおける各素子アンテナの励振振幅位相の制御を光領域で行うための光制御型ビーム形成回路などに用いられる光位相遅延制御技術に関するものである。   The present invention relates to an optical phase delay control technique used in, for example, an optical control type beam forming circuit for controlling an excitation amplitude phase of each element antenna in an array antenna in an optical region.

従来、光制御アレイアンテナにおいて、光制御型ビーム形成回路における参照光の光波の空間位相分布を制御することで、各素子アンテナの位相遅延量を制御するようにしたものが知られている（例えば特許文献１参照）。   Conventionally, an optical control array antenna is known in which the phase delay amount of each element antenna is controlled by controlling the spatial phase distribution of the light wave of the reference light in the light control type beam forming circuit (for example, Patent Document 1).

特開２００５−１３６７１２号公報JP 2005-136712 A

特許文献１に開示された従来の光制御型ビーム形成回路においては、所定の空間位相分布を与えられた光波が光サンプリング手段まで空間伝播するようにしているので、空間伝播中の回折により波面が歪み、光サンプリング手段で検出される位相遅延量が所定量からずれてしまうという問題点があった。   In the conventional optical control type beam forming circuit disclosed in Patent Document 1, since the light wave given a predetermined spatial phase distribution is spatially propagated to the optical sampling means, the wave front is caused by diffraction during the spatial propagation. There is a problem that the phase delay amount detected by the distortion and optical sampling means deviates from a predetermined amount.

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、例えば光制御型ビーム形成回路に用いる光位相遅延制御装置において、光位相遅延制御の高精度化を目的としている。   The present invention has been made to solve the above-described problems. For example, in an optical phase delay control apparatus used in an optical control beam forming circuit, an object of the present invention is to improve the accuracy of optical phase delay control.

この発明に係る光位相遅延制御装置は、入力した光波を複数のビームに空間的に分割する光波分割手段と、前記光波分割手段で空間的に分割された複数のビームをそれぞれ位相変調する空間位相変調手段と、を備えたものである。   An optical phase delay control device according to the present invention includes: an optical wave dividing unit that spatially divides an input optical wave into a plurality of beams; and a spatial phase that phase-modulates the plurality of beams spatially divided by the optical wave dividing unit. Modulation means.

この発明は、光位相遅延制御装置において、光位相遅延制御の高精度化を実現することができる。   The present invention can achieve high accuracy of optical phase delay control in an optical phase delay control device.

実施の形態１．
この発明の実施の形態１による光位相遅延制御装置は、光波分割手段としてのピンホールアレイにおいて、他のビームレットとの干渉を生じない程度の間隔を空けるようにして、レーザビームを複数のビームレットに分割した後、空間位相変調手段としての液晶空間位相変調器において、各ビームレットの空間位相分布は略平面波のまま、複数のビームレット間に相対的な光位相遅延量を与えるようにしたので、空間伝播中の回折の影響が抑えられ、光位相遅延制御の高精度化を実現することができるものである。 Embodiment 1 FIG.
The optical phase delay control apparatus according to the first embodiment of the present invention is configured to split a laser beam into a plurality of beams in a pinhole array as an optical wave splitting unit so as to have an interval that does not cause interference with other beamlets. After being divided into the letts, in the liquid crystal spatial phase modulator as the spatial phase modulation means, the spatial phase distribution of each beamlet is substantially a plane wave, and a relative optical phase delay amount is given between the plurality of beamlets. Therefore, the influence of diffraction during space propagation can be suppressed, and high-precision optical phase delay control can be realized.

図１は、この発明の実施の形態１による光位相遅延制御装置を示す構成図である。なお、各図において、同一符号は同一または相当部分を示す。
図１において、１は例えば拡大レンズをもつ光学系などからなる光波放射手段、２は光波放射手段１により空間に放射されたレーザビームである光波、３は光波２を空間的に分割する光波分割手段としてのピンホールアレイ、４は光波分割手段３により生成された複数のビームとしての小開口レーザビーム（以下ビームレットと呼ぶ）、５は空間位相変調手段としての液晶空間位相変調器、６は光サンプリング手段、７は光電変換手段、８は電力信号である。また、９は光波２またはビームレット４の空間位相分布の様子を模式的に示すもの、１０は空間位相変調手段５で与えられる光位相遅延量の様子を模式的に示すものである。なお、光波分割手段３と空間位相変調手段５とで光位相遅延制御装置を構成する。
また、図１においては、一例として光波分割手段３が光波２を５つのビームレット４に分割する場合について示しているが、分割数はこれに限られるものではない。 FIG. 1 is a block diagram showing an optical phase delay control apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. In each figure, the same numerals indicate the same or corresponding parts.
In FIG. 1, 1 is a light wave radiating means composed of an optical system having a magnifying lens, for example, 2 is a light wave which is a laser beam radiated into the space by the light wave radiating means 1, and 3 is a light wave division for spatially dividing the light wave 2 Pinhole array as means, 4 is a small aperture laser beam (hereinafter referred to as beamlet) as a plurality of beams generated by the light wave dividing means 3, 5 is a liquid crystal spatial phase modulator as spatial phase modulation means, and 6 is Optical sampling means, 7 is a photoelectric conversion means, and 8 is a power signal. Reference numeral 9 schematically shows the state of the spatial phase distribution of the light wave 2 or the beamlet 4, and 10 schematically shows the state of the optical phase delay amount given by the spatial phase modulation means 5. The light wave dividing means 3 and the spatial phase modulating means 5 constitute an optical phase delay control device.
1 shows a case where the light wave dividing means 3 divides the light wave 2 into five beamlets 4 as an example, but the number of divisions is not limited to this.

次に動作について説明する。
図１において、光波２は有限のビーム径をもつレーザビームであり、光波２の空間位相分布９は略平面波面である。光波２は光波分割手段３により、小開口レーザビーム群である複数のビームレット４に変換される。光波分割手段３は、金属板に複数のピンホールを開けたピンホールアレイとして実現される。この各ピンホールを通過した各ビームレット４の空間位相分布９は略平面波であり、また、各ビームレット４の周囲には、他のビームレットとの干渉を生じない程度の間隔が空けられている。これにより、光波２の振幅分布と位相分布をそのまま各部分毎に保って、ビーム径が小さいレーザビームの束に分割することができる。さらに、各ビームレット４の配列は後に説明する光サンプリング手段６の各検出素子の配列に一致するように構成する。 Next, the operation will be described.
In FIG. 1, a light wave 2 is a laser beam having a finite beam diameter, and a spatial phase distribution 9 of the light wave 2 has a substantially plane wavefront. The light wave 2 is converted into a plurality of beamlets 4 which are small aperture laser beam groups by a light wave dividing means 3. The light wave dividing means 3 is realized as a pinhole array in which a plurality of pinholes are opened in a metal plate. The spatial phase distribution 9 of each beamlet 4 that has passed through each pinhole is a substantially plane wave, and there is an interval around each beamlet 4 that does not cause interference with other beamlets. Yes. As a result, the amplitude distribution and phase distribution of the light wave 2 can be maintained as they are for each portion, and can be divided into bundles of laser beams having a small beam diameter. Further, the arrangement of the beamlets 4 is configured to match the arrangement of the detection elements of the optical sampling means 6 described later.

空間位相変調手段５は、例えば液晶空間位相変調器であり、入射する光波に対し任意の空間位相変化を与える。空間位相変調手段５による空間位相変化量は、ひとつのビームレット４の空間位相分布９は略平面波のまま、複数のビームレット４間に相対的な位相遅延量１０を与えるように制御する。なお、液晶空間位相変調器は、各液晶素子の電圧印加による屈折率変化を利用して、各液晶素子を透過する光波の光学長をそれぞれ変化させることより、光波に空間位相変化（すなわち位相変調）を与えるものである。光サンプリング手段６は複数の検出素子を配列したものであり、各ビームレット４を各検出素子でサンプリングして光電変換手段７に導く。光電変換手段７は複数の光電変換素子を配列したものであり、各ビームレット４に対応する複数の電力信号８を出力する。   The spatial phase modulation means 5 is a liquid crystal spatial phase modulator, for example, and gives an arbitrary spatial phase change to the incident light wave. The spatial phase change amount by the spatial phase modulation means 5 is controlled so as to give a relative phase delay amount 10 between the plurality of beamlets 4 while the spatial phase distribution 9 of one beamlet 4 is substantially a plane wave. Note that the liquid crystal spatial phase modulator uses the change in refractive index caused by voltage application of each liquid crystal element to change the optical length of the light wave transmitted through each liquid crystal element, thereby changing the spatial phase change (that is, phase modulation) to the light wave. ). The optical sampling means 6 is an array of a plurality of detection elements. Each beamlet 4 is sampled by each detection element and guided to the photoelectric conversion means 7. The photoelectric conversion means 7 is an array of a plurality of photoelectric conversion elements, and outputs a plurality of power signals 8 corresponding to each beamlet 4.

一般に知られているように、平面波面や球面波面は空間伝播による回折の影響を受けにくく、空間位相分布９を維持したまま伝播する性質がある。このため、各ビームレット４は、他のビームレットとの干渉を生じないような間隔が空けられており、空間位相変調手段５により位相遅延量１０を与えられても略平面波のままであることから、光サンプリング手段６までの空間伝播において略平面波のまま到達するのである。   As is generally known, a plane wavefront and a spherical wavefront are not easily affected by diffraction due to spatial propagation, and have a property of propagating while maintaining the spatial phase distribution 9. For this reason, the beamlets 4 are spaced apart so as not to cause interference with other beamlets, and remain substantially plane waves even if the phase delay amount 10 is given by the spatial phase modulation means 5. To the optical sampling means 6 to reach the optical sampling means 6 as a substantially plane wave.

以上のように、この発明の実施の形態１による光位相遅延制御装置においては、光波２をビームレット４に変換することで、光位相遅延量１０の相対的な空間分布如何に関わらず、略平面波の空間伝播によって光サンプリング手段６まで到達することができるので、空間伝播における回折の影響が抑えられ、安定した光位相遅制御が可能となる。   As described above, in the optical phase delay control device according to the first embodiment of the present invention, the light wave 2 is converted into the beamlet 4, so that the optical phase delay amount 10 is substantially equal regardless of the relative spatial distribution of the optical phase delay amount 10. Since it is possible to reach the optical sampling means 6 by the spatial propagation of the plane wave, the influence of diffraction in the spatial propagation is suppressed, and stable optical phase delay control becomes possible.

また、上述の特許文献１に開示された従来の光制御型ビーム形成回路においては、参照光の空間伝播による回折によって、光波の位相だけでなく、振幅分布が変化する場合がある。この振幅の変化により、光サンプリング手段を介する光電変換出力が不安定となり、素子アンテナの励振する電界強度も不安定となり、結果としてマイクロ波放射強度パターンが歪むことが問題となる場合があった。これに対して、この発明の実施の形態１による光位相遅延制御装置においては、ビームレット４では、空間伝播における回折の影響が抑えられ、光位相遅延量１０の相対的な空間分布如何にかかわず振幅分布は一定であるので、光サンプリング手段６を介して光電変換手段７から出力される電力信号８を安定化することが可能となる。   Further, in the conventional light control type beam forming circuit disclosed in the above-mentioned Patent Document 1, not only the phase of the light wave but also the amplitude distribution may change due to diffraction due to spatial propagation of the reference light. Due to this change in amplitude, the photoelectric conversion output via the optical sampling means becomes unstable, the electric field intensity excited by the element antenna also becomes unstable, and as a result, there is a problem that the microwave radiation intensity pattern is distorted. On the other hand, in the optical phase delay control apparatus according to the first embodiment of the present invention, the beamlet 4 suppresses the influence of diffraction in spatial propagation, and how the relative spatial distribution of the optical phase delay amount 10 is controlled. Instead, since the amplitude distribution is constant, the power signal 8 output from the photoelectric conversion means 7 via the optical sampling means 6 can be stabilized.

また、上述のように、この発明の実施の形態１による光位相遅延制御装置においては、空間位相変調手段５として液晶空間位相変調器を用いる場合を示したが、空間位相変調手段５としては、上述のような光位相遅延制御を行うことが可能な空間位相変調器であれば何を用いても良い。例えば、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ）空間位相変調器や、デフォーマブルミラー（可変形鏡とも呼ばれる）などの反射型の空間位相変調器を使用することによっても、実施の形態１による光位相遅延制御装置と同様の効果を奏する。なお、ＭＥＭＳ空間位相変調器は、アクチュエータなどによる各ミラー素子の位置変化を利用して、各ミラー素子で反射する光波の光路長をそれぞれ変化させることより、光波に空間位相変調を与えるものである。また、デフォーマブルミラーは、アクチュエータなどによるミラーの部分的変形を利用して、ミラーの各部分で反射する光波の光路長をそれぞれ変化させることより、光波に空間位相変調を与えるものである。   As described above, in the optical phase delay control device according to Embodiment 1 of the present invention, the liquid crystal spatial phase modulator is used as the spatial phase modulation unit 5. Any spatial phase modulator capable of performing the optical phase delay control as described above may be used. For example, the optical phase delay according to the first embodiment can also be achieved by using a reflective spatial phase modulator such as a MEMS (Micro Electro-Mechanical System) spatial phase modulator or a deformable mirror (also called a deformable mirror). The same effect as the control device is achieved. Note that the MEMS spatial phase modulator applies spatial phase modulation to a light wave by changing the optical path length of the light wave reflected by each mirror element by using the position change of each mirror element by an actuator or the like. . The deformable mirror also applies spatial phase modulation to the light wave by changing the optical path length of the light wave reflected by each part of the mirror using partial deformation of the mirror by an actuator or the like.

実施の形態２．
実施の形態１では、光波分割手段としてピンホールアレイを用いるようにしたが、実施の形態２は、ピンホールアレイの代わりに、レンズアレイを用いるようにしたものである。 Embodiment 2. FIG.
In the first embodiment, a pinhole array is used as the light wave dividing means. However, in the second embodiment, a lens array is used instead of the pinhole array.

図２は、この発明の実施の形態２による光位相遅延制御装置を示す構成図である。なお、各図において、同一符号は同一または相当部分を示す。
図２において、３ａは光波２を空間的に分割し、球面波面をもつ複数のビームとしてのビームレット４に変換する光波分割手段としてのレンズアレイ（以下レンズレットアレイと呼ぶ）である。なお、光波分割手段３ａと空間位相変調手段５とで光位相遅延制御装置を構成する。 2 is a block diagram showing an optical phase delay control apparatus according to Embodiment 2 of the present invention. In each figure, the same numerals indicate the same or corresponding parts.
In FIG. 2, reference numeral 3a denotes a lens array (hereinafter referred to as a lenslet array) as a light wave dividing means for spatially dividing the light wave 2 and converting it into beamlets 4 as a plurality of beams having a spherical wavefront. The light wave dividing means 3a and the spatial phase modulating means 5 constitute an optical phase delay control device.

次に動作について説明する。
光波分割手段３ａは、実施の形態１における光波分割手段３に相当するものであるが、出力される各ビームレット４は収束ビームとなり、その空間位相分布９は球面波面となる。光サンプリング手段６をビームレット４のビームウェスト位置に配置することで、光サンプリング手段６が検出する波面は平面波面とすることが可能である。これにより、実施の形態１と同様に動作するのである。 Next, the operation will be described.
The light wave dividing means 3a corresponds to the light wave dividing means 3 in the first embodiment, but each output beamlet 4 is a convergent beam, and its spatial phase distribution 9 is a spherical wavefront. By arranging the optical sampling means 6 at the beam waist position of the beamlet 4, the wavefront detected by the optical sampling means 6 can be a plane wavefront. Thus, the operation is the same as in the first embodiment.

ここで、実施の形態１では、平面波面をもつ平行ビームの各ビームレット４の間隔を空けるために、光波分割手段３としてのピンホールアレイにおいて、光波２がピンホール以外の部分で遮られるようにしているので、光波２からビームレット４への変換エネルギー損失が発生する。これに対して、実施の形態２では、光波分割手段３ａとしてのレンズレットアレイにおいて、光波２がほとんど遮られることなく、球面波面をもつ収束ビームの各ビームレット４に変換されるようにしているので、光波２からビームレット４への変換エネルギー損失を低減することができる。   Here, in the first embodiment, the light wave 2 is blocked by a portion other than the pinhole in the pinhole array as the light wave dividing means 3 in order to provide a space between the parallel beamlets 4 having a plane wavefront. Therefore, a conversion energy loss from the light wave 2 to the beamlet 4 occurs. On the other hand, in the second embodiment, in the lenslet array as the light wave splitting means 3a, the light wave 2 is converted into each beamlet 4 of a convergent beam having a spherical wavefront with almost no obstruction. Therefore, the conversion energy loss from the light wave 2 to the beamlet 4 can be reduced.

以上のように、この発明の実施の形態２による光位相遅延制御装置においては、光波分割手段３ａとしてレンズレットアレイを用いているので、実施の形態１と同様の効果が得られるとともに、光波２からビームレット４への変換エネルギー損失を低減することができる。   As described above, in the optical phase delay control device according to the second embodiment of the present invention, since the lenslet array is used as the light wave dividing means 3a, the same effect as in the first embodiment can be obtained, and the light wave 2 The conversion energy loss from the beamlet 4 to the beamlet 4 can be reduced.

実施の形態３．
実施の形態２では、ビームレット４を、光波分割手段３ａから光サンプリング手段６まで空間伝播するようにしたが、実施の形態３は、ビームレット４を、さらに像転送光学系２０で転送するようにしたものである。 Embodiment 3 FIG.
In the second embodiment, the beamlet 4 is spatially propagated from the light wave dividing means 3 a to the optical sampling means 6, but in the third embodiment, the beamlet 4 is further transferred by the image transfer optical system 20. It is a thing.

図３は、この発明の実施の形態３による光位相遅延制御装置を示す構成図である。なお、各図において、同一符号は同一または相当部分を示す。
図３において、２０は複数のレンズで構成された像転送光学系である。なお、光波分割手段３ａと空間位相変調手段５と像転送光学系２０とで光位相遅延制御装置を構成する。
また、空間位相変調手段５は、図中光波分割手段３ａと光サンプリング手段６との間であれば、どこに設置されても良い。 FIG. 3 is a block diagram showing an optical phase delay control apparatus according to Embodiment 3 of the present invention. In each figure, the same numerals indicate the same or corresponding parts.
In FIG. 3, reference numeral 20 denotes an image transfer optical system composed of a plurality of lenses. The light wave dividing means 3a, the spatial phase modulating means 5 and the image transfer optical system 20 constitute an optical phase delay control device.
The spatial phase modulation means 5 may be installed anywhere between the light wave dividing means 3a and the optical sampling means 6 in the figure.

次に動作について説明する。
像転送光学系２０は、レンズの結像作用を利用し、物空間の特定座標における光波の位相と強度を像空間の特定座標に転送するものである。この実施の形態３においては、各ビームレット４のビームウェストと光サンプリング手段６の各検出素子とが共役関係（物体と像の関係）となるように配置している。これにより、光サンプリング手段６が検出する波面は平面波面とすることが可能で、実施の形態２と同様に動作するのである。 Next, the operation will be described.
The image transfer optical system 20 transfers the phase and intensity of a light wave at specific coordinates in the object space to specific coordinates in the image space using the imaging action of the lens. In the third embodiment, the beam waist of each beamlet 4 and each detection element of the optical sampling means 6 are arranged in a conjugate relationship (relationship between an object and an image). Thereby, the wavefront detected by the optical sampling means 6 can be a plane wavefront, and operates in the same manner as in the second embodiment.

ここで、実施の形態２では、ビームレット４の口径が空間伝播による回折により増大するので、光波分割手段３ａと光サンプリング手段６との間隔をある距離以上にできないという制限がある。これに対して、実施の形態３においては、光波分割手段３ａと光サンプリング手段６との間に像転送光学系２０を配置し、ビームレット４の口径が空間伝播による回折により増大する途中で転送するようにしているので、制限距離を拡大することが可能となる。   Here, in the second embodiment, since the aperture of the beamlet 4 increases due to diffraction due to space propagation, there is a limitation that the distance between the light wave dividing means 3a and the optical sampling means 6 cannot be more than a certain distance. On the other hand, in the third embodiment, the image transfer optical system 20 is disposed between the light wave splitting means 3a and the light sampling means 6, and transfer is performed while the aperture of the beamlet 4 is increased by diffraction due to space propagation. As a result, the limit distance can be increased.

以上のように、この発明の実施の形態３による光位相遅延制御装置においては、レンズレットアレイである光波分割手段３ａと光サンプリング手段６との間に像転送光学系２０を配置するようにしたので、実施の形態２と同様の効果が得られるとともに、ビームレット４の空間伝播における制限距離を拡大することができる。   As described above, in the optical phase delay control apparatus according to Embodiment 3 of the present invention, the image transfer optical system 20 is arranged between the light wave dividing means 3a that is a lenslet array and the optical sampling means 6. Therefore, the same effect as in the second embodiment can be obtained, and the limit distance in the spatial propagation of the beamlet 4 can be expanded.

なお、上述のように、この発明の実施の形態３では、レンズレットアレイである光波分割手段３ａと光サンプリング手段６との間に像転送光学系２０を配置する場合を示したが、実施の形態１におけるピンホールアレイである光波分割手段３と光サンプリング手段６との間に像転送光学系２０を配置するように構成しても良い。   As described above, in the third embodiment of the present invention, the case where the image transfer optical system 20 is arranged between the light wave dividing means 3a that is a lenslet array and the light sampling means 6 is shown. The image transfer optical system 20 may be arranged between the light wave dividing means 3 and the light sampling means 6 which are pinhole arrays in the first embodiment.

実施の形態４．
実施の形態４は、光制御アレイアンテナの光制御型ビーム形成回路に、実施の形態１〜３による光位相遅延制御装置を用いるようにしたものである。 Embodiment 4 FIG.
In the fourth embodiment, the optical phase delay control device according to the first to third embodiments is used for the light control type beam forming circuit of the light control array antenna.

図４は、この発明の実施の形態４による光制御型ビーム形成回路を用いた光制御アレイアンテナを示す構成図である。なお、各図において、同一符号は同一または相当部分を示す。
図４において、３１は光波としてのレーザ光を発生する光波発生手段、３２は光波発生手段３１からのレーザ光を２つの光路に分岐する光波分配器、３３は光波分配器３２により分岐された一方のレーザ光の周波数を偏移させる光周波数シフタ、３４は光周波数シフタ３３からのレーザ光を空間に放射してレーザビームを形成する光波放射手段、３５は光波放射手段３４で形成されたレーザビームである光波、３６は光波３５の強度分布を変化させる第１の変換手段、３７は第１の変換手段３６から到来する光波３５をフーリエ変換する第２の変換手段、３８は第２の変換手段３７から到来する光波３５と空間位相変調手段５ａから到来する各ビームレット４を合成する合成手段、３９は光サンプリング手段６を介する無線信号としての電気出力を増幅する増幅器、４０は増幅電気出力を空間に放射する素子アンテナである。なお、第１の変換手段３６と第２の変換手段３７とで変換手段を構成する。 4 is a block diagram showing an optical control array antenna using an optical control type beam forming circuit according to Embodiment 4 of the present invention. In each figure, the same numerals indicate the same or corresponding parts.
In FIG. 4, 31 is a light wave generating means for generating laser light as a light wave, 32 is a light wave distributor for branching the laser light from the light wave generating means 31 into two optical paths, and 33 is one branched by the light wave distributor 32. The optical frequency shifter 34 shifts the frequency of the laser light, 34 is a light wave radiation means for radiating the laser light from the optical frequency shifter 33 to the space to form a laser beam, and 35 is a laser beam formed by the light wave radiation means 34. Is a first conversion means for changing the intensity distribution of the light wave 35, 37 is a second conversion means for Fourier transforming the light wave 35 coming from the first conversion means 36, and 38 is a second conversion means. The combining means 39 synthesizes the light wave 35 coming from 37 and each beamlet 4 coming from the spatial phase modulation means 5 a, and 39 is an electric signal as a radio signal via the optical sampling means 6. Amplifier for amplifying the force, 40 is the element antenna for radiating an amplified electrical output to the space. The first conversion unit 36 and the second conversion unit 37 constitute a conversion unit.

また、図４において、５ａは反射型の空間位相変調手段であり、その他の光位相遅延制御装置に関する各構成要素は、実施の形態１に対応する図１に示したものと同様である。ただし、これらの光位相遅延制御装置に関する各構成要素として、実施の形態２に対応する図２に示したもの、または、実施の形態３に対応する図３に示したものを適用するようにしても良い。
なお、図４に示した各構成要素のうち、増幅器３９と素子アンテナ４０とを除くもので光制御型ビーム形成回路を構成する。
また、図４において、光周波数シフタ３３を光波分配器３２と光波放射手段１との間に設けるように変更しても良く、周波数を逆に偏移させることで同様の動作が可能である。
また、図４において、光波発生手段３１から光波放射手段３４までの間、光波発生手段３１から光波放射手段１までの間、または光サンプリング手段６と光電変換手段７の間は、光ファイバで接続するようにしても良い。 In FIG. 4, reference numeral 5 a denotes a reflection type spatial phase modulation means, and other components relating to the optical phase delay control device are the same as those shown in FIG. 1 corresponding to the first embodiment. However, the components shown in FIG. 2 corresponding to the second embodiment or the components shown in FIG. 3 corresponding to the third embodiment are applied as the constituent elements related to these optical phase delay control devices. Also good.
Of the components shown in FIG. 4, the amplifier 39 and the element antenna 40 are excluded to constitute a light control type beam forming circuit.
In FIG. 4, the optical frequency shifter 33 may be changed so as to be provided between the optical wave distributor 32 and the optical wave radiation means 1, and the same operation is possible by shifting the frequency in reverse.
Also, in FIG. 4, an optical fiber connects between the light wave generating means 31 and the light wave radiating means 34, between the light wave generating means 31 and the light wave radiating means 1, or between the light sampling means 6 and the photoelectric conversion means 7. You may make it do.

次に動作について説明する。
光波発生手段３１から発生した光波は光波分配器３２により２つの光波に分配される。一方の第１の光波は光周波数シフタ３３により、他方の第２の光波の周波数から無線信号の周波数だけ異なる周波数の光波に変換される。これと同時に、光周波数シフタ３３により、この第１の光波に対して無線信号が外部変調される。この第１の光波は光波３５として光波放射手段３４により空間に放射され、第１の変換手段３６により、所定のアンテナ放射パターンに対応した強度分布をもつレーザビームに変換される。第１の変換手段３６により変換された光波３５は第２の変換手段３７により、光波の振幅分布と位相分布がフーリエ変換される。 Next, the operation will be described.
The light wave generated from the light wave generating means 31 is distributed into two light waves by the light wave distributor 32. One first light wave is converted by the optical frequency shifter 33 into a light wave having a frequency different from the frequency of the other second light wave by the frequency of the radio signal. At the same time, a radio signal is externally modulated with respect to the first light wave by the optical frequency shifter 33. This first light wave is radiated into the space as a light wave 35 by the light wave radiating means 34, and converted by the first converting means 36 into a laser beam having an intensity distribution corresponding to a predetermined antenna radiation pattern. The light wave 35 converted by the first conversion means 36 is Fourier-transformed by the second conversion means 37 for the amplitude distribution and phase distribution of the light wave.

光波分配器３２により分配された他方の第２の光波は、レーザビームである光波２として光波放射手段１により空間に放射され、光波分割手段３により各ビームレット４に変換される。各ビームレット４は反射型の空間位相変調手段５ａで反射し、合成手段３８に入射する。合成手段３８はビームスプリッタであり、図４に示すように各ビームレット４を反射し、かつ光波３５を透過させることで各ビームレット４と光波３５とを合成する。合成された各ビームレット４と光波３５は光サンプリング手段６を介して光電変換手段７で光電変換され、各増幅器３９で増幅されてから各素子アンテナ４０で無線信号となって空間に放射される。   The other second light wave distributed by the light wave distributor 32 is radiated into the space by the light wave radiating means 1 as a light wave 2 which is a laser beam, and is converted into each beamlet 4 by the light wave dividing means 3. Each beamlet 4 is reflected by the reflective spatial phase modulation means 5 a and enters the combining means 38. The combining means 38 is a beam splitter, and combines each beamlet 4 and the light wave 35 by reflecting each beamlet 4 and transmitting the light wave 35 as shown in FIG. The combined beamlets 4 and light waves 35 are photoelectrically converted by the photoelectric conversion means 7 via the optical sampling means 6, amplified by the amplifiers 39, and then radiated into the space as radio signals by the element antennas 40. .

光放射手段１、光波２、光波分割手段３、ビームレット４、空間位相変調手段５ａ、光サンプリング手段６、光電変換手段７は実施の形態１〜３によるものと同様に動作する。これらを含む光制御型ビーム形成回路を用いて、複数のビームレット４の光位相遅延量を任意に制御し、素子アンテナ４０の移相器として使用するのである。   The light emitting means 1, the light wave 2, the light wave dividing means 3, the beamlet 4, the spatial phase modulation means 5a, the light sampling means 6, and the photoelectric conversion means 7 operate in the same manner as in the first to third embodiments. The optical phase delay amount of the plurality of beamlets 4 is arbitrarily controlled by using an optical control type beam forming circuit including these, and used as a phase shifter of the element antenna 40.

以上のように、この発明の実施の形態４による光制御型ビーム形成回路においては、実施の形態１〜３に示した光位相遅延制御を高精度化した光位相遅延制御装置を用いているので、位相遅延量に関わらず、安定した位相と強度のアンテナ放射パターンを供給することが可能となる。   As described above, the optical control type beam forming circuit according to the fourth embodiment of the present invention uses the optical phase delay control device in which the optical phase delay control shown in the first to third embodiments is highly accurate. Regardless of the phase delay amount, an antenna radiation pattern having a stable phase and intensity can be supplied.

なお、上述のように、この発明に係る光位相遅延制御装置は、光制御アレイアンテナに用いられる光制御型ビーム形成回路への適用に有用であるが、用途はこれに限られるものではない。   As described above, the optical phase delay control device according to the present invention is useful for application to an optical control beam forming circuit used for an optical control array antenna, but the application is not limited to this.

この発明の実施の形態１による光位相遅延制御装置を示す構成図The block diagram which shows the optical phase delay control apparatus by Embodiment 1 of this invention この発明の実施の形態２による光位相遅延制御装置を示す構成図Configuration diagram showing an optical phase delay control apparatus according to Embodiment 2 of the present invention この発明の実施の形態３による光位相遅延制御装置を示す構成図Configuration diagram showing an optical phase delay control apparatus according to Embodiment 3 of the present invention この発明の実施の形態４による光制御型ビーム形成回路を示す構成図Configuration diagram showing a light control type beam forming circuit according to a fourth embodiment of the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

２、３５ 光波
３、３ａ 光波分割手段
４ ビームレット
５、５ａ 空間位相変調手段
６ 光サンプリング手段
７ 光電変換手段
３１ 光波発生手段
３２ 光波分配器
３３ 光周波数シフタ
３６ 第１の変換手段
３７ 第２の変換手段
３８ 合成手段 2, 35 Light wave 3, 3a Light wave dividing means 4 Beamlet 5, 5a Spatial phase modulating means 6 Optical sampling means 7 Photoelectric conversion means 31 Light wave generating means 32 Light wave distributor 33 Optical frequency shifter 36 First frequency conversion means 37 Second conversion means 37 Conversion means 38 Composition means

Claims (5)

入力した光波を複数のビームに空間的に分割する光波分割手段と、
前記光波分割手段で空間的に分割された複数のビームをそれぞれ位相変調する空間位相変調手段と、
を備えたことを特徴とする光位相遅延制御装置。 A light wave dividing means for spatially dividing the input light wave into a plurality of beams;
Spatial phase modulation means for phase-modulating each of a plurality of beams spatially divided by the light wave dividing means;
An optical phase delay control device comprising: 前記光波分割手段は、ピンホールアレイまたはレンズアレイであることを特徴とする請求項１に記載の光位相遅延制御装置。   2. The optical phase delay control device according to claim 1, wherein the light wave dividing means is a pinhole array or a lens array. 前記空間位相変調手段は、液晶空間位相変調器、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ）空間位相変調器、またはデフォーマブルミラーであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光位相遅延制御装置。   3. The optical phase delay according to claim 1, wherein the spatial phase modulation means is a liquid crystal spatial phase modulator, a MEMS (Micro Electro-Mechanical System) spatial phase modulator, or a deformable mirror. Control device. 前記空間位相変調手段で位相変調された複数のビームを転送先と共役関係で転送する像転送光学系と、
を備えたことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の光位相遅延制御装置。 An image transfer optical system for transferring a plurality of beams phase-modulated by the spatial phase modulation means in a conjugate relationship with a transfer destination;
The optical phase delay control device according to any one of claims 1 to 3, further comprising: 光波を発生する光波発生手段と、
前記光波発生手段で発生した光波を分配する光波分配器と、
前記光波分配器で分配された第１の光波の周波数または第２の光波の周波数を、入力した無線信号の周波数だけ偏移させる光周波数シフタと、
前記光周波数シフタまたは前記光波分配器からの第１の光波の強度分布と位相分布を、所定のアンテナ放射ビーム形状に対応する強度分布と位相分布に変換する変換手段と、
前記光波分配器または前記光周波数シフタからの第２の光波が入力される請求項１〜請求項４のいずれかに記載の光位相遅延制御装置と、
前記変換手段で変換された第１の光波と前記光位相遅延制御装置からの複数のビームとを合成する合成手段と、
前記合成手段で合成された光波を、前記複数のビームに対応する複数の光波としてそれぞれ空間的にサンプリングする光サンプリング手段と、
前記光サンプリング手段でサンプリングされた複数の光波をそれぞれ無線信号に光電変換して各素子アンテナに出力する光電変換手段と、
を備えたことを特徴とする光制御型ビーム形成回路。 A light wave generating means for generating a light wave;
A light wave distributor for distributing the light wave generated by the light wave generating means;
An optical frequency shifter that shifts the frequency of the first light wave or the frequency of the second light wave distributed by the light wave distributor by the frequency of the input radio signal;
Conversion means for converting the intensity distribution and phase distribution of the first light wave from the optical frequency shifter or the light wave distributor into an intensity distribution and a phase distribution corresponding to a predetermined antenna radiation beam shape;
The optical phase delay control device according to any one of claims 1 to 4, wherein a second optical wave from the optical wave distributor or the optical frequency shifter is input.
Combining means for combining the first light wave converted by the converting means and a plurality of beams from the optical phase delay control device;
Light sampling means for spatially sampling the light waves combined by the combining means as a plurality of light waves corresponding to the plurality of beams, and
Photoelectric conversion means for photoelectrically converting each of the plurality of light waves sampled by the optical sampling means into radio signals and outputting them to each element antenna;
An optically controlled beam forming circuit comprising:
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