JP2015172540A - Laser doppler velocimeter - Google Patents

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克己 中津原
Katsumi Nakatsuhara
克己 中津原
丸 浩一
Koichi Maru
浩一 丸
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Ikutoku Gakuen School Corp
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Ikutoku Gakuen School Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a scan laser Doppler velocimeter (LDV) smaller than the conventional one.SOLUTION: A sensor includes: first and second array waveguide type diffraction gratings having a phase variable region in which path lengths of waveguides adjacent to a part of an array waveguide are substantially equal to each other; N sets of output ports configured by arranging, in two columns, N first grating couplers connected to N (N is integer of two or more) light output waveguides of the first array waveguide type diffraction grating and N second grating couplers connected to N light output waveguides of the second array waveguide type diffraction grating; and a receiver for receiving scattered light. Each of the array waveguide type diffraction gratings includes (N-1) tapered liquid crystal layers that are formed across the phase variable region and function as an upper cladding layer of the waveguide. A laser Doppler velocimeter including the sensor is also provided.

Description

本発明は、レーザドップラー流速計に関し、より詳細には、アレイ導波路型回折格子を利用したレーザドップラー流速計に関する。   The present invention relates to a laser Doppler velocimeter, and more particularly to a laser Doppler velocimeter using an arrayed waveguide grating.

レーザドップラー流速計(LDV:Laser Doppler Velocimeter)は、高空間分解能かつ高精度な非接触式の速度計測計である。その中でも測定点を走査可能な走査型LDVは、流路内の速度分布を高精度に計測することができるため、医療分野において、血管内の血流速度分布を非侵襲に測定する用途が期待されている。   A laser Doppler velocimeter (LDV: Laser Doppler Velocimeter) is a non-contact type velocity meter with high spatial resolution and high accuracy. Among them, the scanning LDV that can scan the measurement point can measure the velocity distribution in the flow path with high accuracy, and therefore is expected to be used in the medical field for noninvasive measurement of the blood flow velocity distribution in the blood vessel. Has been.

ここで、図12に基づいて、従来の走査型LDV500の測定機構を説明する。   Here, the measurement mechanism of the conventional scanning LDV 500 will be described with reference to FIG.

走査型LDV500において、光源であるレーザ501から出力したレーザ光は、偏光子502によって一方向の偏光のみが切り出された後、スプリッタ503によって2つの光に分割されてレンズ光学系504に入射する。レンズ光学系504を透過した2つの光は、回転ミラー505a,505bを含んで構成される機械的可動部に入射する。   In the scanning LDV 500, the laser light output from the laser 501, which is a light source, is cut out only in one direction by the polarizer 502, then split into two lights by the splitter 503 and enters the lens optical system 504. The two lights that have passed through the lens optical system 504 are incident on a mechanically movable portion that includes the rotating mirrors 505a and 505b.

機械的可動部では、2つの光が測定場である流路507内で交差するようにその光路が変更される。ここで、走査型LDV500においては、ドライバ506が回転ミラー505a,505bの回転を制御して2つの光の光路を変更することで深さ方向の走査を実現している。流路507内では、2つの光が交差する測定点において干渉縞が生じ、これを通過するトレーサー粒子から発せられる散乱光が受光素子508によって受光される。信号処理部509は、受光素子508が受光する散乱光のビート信号の周波数を測定することよって測定点の流速を得る。   In the mechanically movable portion, the optical path is changed so that the two lights intersect in the flow path 507 which is a measurement field. Here, in the scanning LDV 500, the driver 506 controls the rotation of the rotating mirrors 505a and 505b to change the optical path of the two lights, thereby realizing scanning in the depth direction. In the flow path 507, an interference fringe is generated at a measurement point where two lights intersect, and scattered light emitted from the tracer particles passing through the interference light is received by the light receiving element 508. The signal processing unit 509 obtains the flow velocity at the measurement point by measuring the frequency of the beat signal of the scattered light received by the light receiving element 508.

しかしながら、図12に示すように、機械的な可動部を含む空間光学系でプローブ光の入射光学系を構築する場合、装置が大がかりになるという問題があった。   However, as shown in FIG. 12, there is a problem that the apparatus becomes large when the incident optical system of the probe light is constructed by a spatial optical system including a mechanical movable part.

この点につき、非特許文献1は、プローブ入射光学系に機械的な可動部を用いない走査型LDVを開示する。ここで、図13に基づいて、非特許文献1の走査型LDV600の測定機構を説明する。   In this regard, Non-Patent Document 1 discloses a scanning LDV that does not use a mechanical movable part in a probe incident optical system. Here, based on FIG. 13, the measurement mechanism of the scanning LDV 600 of Non-Patent Document 1 will be described.

図13(a)に示すように、走査型LDV600において、光源である波長可変レーザ601から出力したレーザ光は、偏光子602によって一方向の偏光のみが切り出され、光スイッチ603に入射する。光スイッチ603には複数の偏波保持光ファイバからなる光ファイバアレイ604が接続されており、ドライバ609が光スイッチ603を制御して出力ポートを選択するように構成されている。   As shown in FIG. 13A, in the scanning LDV 600, the laser light output from the wavelength tunable laser 601 that is a light source is only polarized in one direction by a polarizer 602 and is incident on an optical switch 603. An optical fiber array 604 composed of a plurality of polarization maintaining optical fibers is connected to the optical switch 603, and the driver 609 controls the optical switch 603 to select an output port.

光ファイバアレイ604を構成する各光ファイバの出力端は、センサ部610に接続されており、各光ファイバから入射する光は、センサ部610において2つの光に分割された後、測定場である流路605内で交差するように構成されている。ここで、走査型LDV600では、光ファイバアレイ604を構成する各光ファイバの出力端が流路605の横方向に並設されており、光スイッチ603が出力ポートを切り替えることで、横方向の走査が可能となっている。   The output end of each optical fiber constituting the optical fiber array 604 is connected to the sensor unit 610, and the light incident from each optical fiber is divided into two lights in the sensor unit 610, and then is a measurement field. It is configured to intersect within the flow path 605. Here, in the scanning LDV 600, the output ends of the optical fibers constituting the optical fiber array 604 are juxtaposed in the horizontal direction of the flow path 605, and the optical switch 603 switches the output port, thereby scanning in the horizontal direction. Is possible.

一方、図13(b)は、走査型LDV600のセンサ部610を拡大して示す。図13(b)に示すように、センサ部610内では、光ファイバアレイ604を構成する1本の光ファイバ604(n)から入射した光がミラー612に反射してスプリッタ613によって2つの光に分割される。分割された2つの光は、それぞれ、回折格子611a,72bに入射する。回折格子611a,72bに入射した光は、回折角波長依存性によってその波長に応じた方向に回折する。その結果、2つの回折光が流路605内で交差する。受光素子614は、流路605内の測定点から発する散乱光を受光し、信号処理部607は、受光素子614が受光する散乱光のビート信号の周波数を測定することよって測定点の流速を得る。   On the other hand, FIG. 13B shows an enlarged view of the sensor unit 610 of the scanning LDV 600. As shown in FIG. 13B, in the sensor unit 610, light incident from one optical fiber 604 (n) constituting the optical fiber array 604 is reflected by the mirror 612 and is converted into two lights by the splitter 613. Divided. The two divided lights are incident on the diffraction gratings 611a and 72b, respectively. The light incident on the diffraction gratings 611a and 72b is diffracted in the direction corresponding to the wavelength by the diffraction angle wavelength dependency. As a result, the two diffracted lights intersect in the flow path 605. The light receiving element 614 receives scattered light emitted from the measurement point in the flow path 605, and the signal processing unit 607 obtains the flow velocity at the measurement point by measuring the frequency of the beat signal of the scattered light received by the light receiving element 614. .

走査型LDV600においては、波長可変レーザ601の出力波長を変更してセンサ部610内における2つの光の回折角を変化させることで深さ方向の走査を実現しており、これに光スイッチ603による出力ポートの切替を加えることで、測定場の2次元走査を実現している。   In the scanning LDV 600, scanning in the depth direction is realized by changing the output wavelength of the wavelength tunable laser 601 to change the diffraction angles of the two lights in the sensor unit 610. By switching the output port, two-dimensional scanning of the measurement field is realized.

上述した機構においては、回折格子の回折角波長依存性を利用して光路を変更しており、機械的な可動部が不要となる分、装置を小型化することができる。しかしながら、上述した機構では、依然として、空間光学系を構築するためのスペースを必要とするため、その小型化に限界があった。   In the above-described mechanism, the optical path is changed using the diffraction angle wavelength dependency of the diffraction grating, and the apparatus can be miniaturized as the mechanical movable part is unnecessary. However, the above-described mechanism still requires a space for constructing a spatial optical system, and thus there is a limit to downsizing.

丸浩一、畑隆弘「波長可変レーザとファイバレイを用いた2次元断面走査型レーザドップラ速度計」、第60回応用物理学会春季学術講演会、講演会予稿集p.03-069、2013Koichi Maru, Takahiro Hata “Two-dimensional scanning laser Doppler velocimeter using wavelength tunable laser and fiber lay”, The 60th JSAP Spring Meeting, Proceedings Proceedings p.03-069, 2013

仮に、走査型LDVを従来よりもさらに小型化することができれば、基礎研究から臨床診断までにわたる様々な場面で、血流速度分布の計測に走査型LDVを適用する途が開かれ、循環器系疾患の診断・治療に大きな改善をもたらすものと期待される。   If the scanning LDV can be made even smaller than before, there is a way to apply the scanning LDV to the measurement of blood flow velocity distribution in various situations ranging from basic research to clinical diagnosis. It is expected to bring about significant improvements in the diagnosis and treatment of diseases.

本発明は、上記従来技術における課題に鑑みてなされたものであり、本発明は、従来よりもさらに小型化された走査型LDVを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described problems in the prior art, and an object of the present invention is to provide a scanning LDV that is further downsized than the conventional one.

本発明者は、従来よりもさらに小型化された走査型LDVの構成につき鋭意検討した結果、以下の構成に想到し、本発明に至ったのである。   As a result of intensive studies on the configuration of a scanning LDV that has been further reduced in size compared to the prior art, the present inventors have conceived the following configuration and have reached the present invention.

すなわち、本発明によれば、2以上の出力波長を有する波長可変レーザと、前記波長可変レーザが出射するレーザ光を分割してなる2つのプローブ光を測定点に出射し、該測定点から発生する散乱光の検出信号を出力するためのセンサ基板を備えるセンサ部と、前記出力波長および前記センサ基板に印加する電圧を可変制御するための制御手段と、前記散乱光の検出信号に基づいて流速を計測する信号処理部と、を含み、前記センサ基板は、前記レーザ光を入力するための入力用ポートと、前記入力用ポートにおいて分割された2つの光のそれぞれを入力とする2つのアレイ導波路型回折格子であって、アレイ導波路の一部に隣接する導波路の経路長の略等しい位相可変領域を有する、第1および第2のアレイ導波路型回折格子と、前記第1のアレイ導波路型回折格子のN本(Nは2以上の整数)の光出力導波路に接続されるN個の第1のグレーティングカプラと前記第2のアレイ導波路型回折格子のN本の光出力導波路に接続されるN個の第2のグレーティングカプラを二列に配置することで構成されるN組の出力用ポートと、前記散乱光を受光するための受光部と、を含み、各前記アレイ導波路型回折格子は、前記位相可変領域を横断して形成され導波路の上部クラッド層として機能するテーパー状の(N−1)個の液晶層を含み、前記制御手段は、各前記液晶層に対して個別に正または負の電圧を印加して前記位相可変領域を構成する各導波路の等価屈折率を変化させることによって、波長λのプローブ光を出射する前記出力用ポートを切り替える、レーザドップラー流速計が提供される。   That is, according to the present invention, a wavelength tunable laser having two or more output wavelengths and two probe beams obtained by dividing the laser beam emitted from the wavelength tunable laser are emitted to a measurement point and generated from the measurement point. A sensor unit having a sensor substrate for outputting a detection signal of scattered light, a control means for variably controlling the output wavelength and a voltage applied to the sensor substrate, and a flow velocity based on the detection signal of the scattered light A signal processing unit for measuring, and the sensor substrate includes an input port for inputting the laser light, and two array conductors each receiving two lights divided at the input port. 1st and 2nd arrayed-waveguide-type diffraction gratings having a phase-variable region having substantially the same path length of waveguides adjacent to a part of the arrayed-waveguide, N first grating couplers connected to N (N is an integer of 2 or more) optical output waveguides of the arrayed waveguide grating and N lights of the second arrayed waveguide grating N sets of output ports configured by arranging N second grating couplers connected to the output waveguide in two rows, and a light receiving unit for receiving the scattered light, The arrayed waveguide grating includes tapered (N-1) liquid crystal layers formed across the phase variable region and functioning as an upper clad layer of the waveguide. The output port for emitting the probe light having the wavelength λ is switched by applying a positive or negative voltage individually to the liquid crystal layer to change the equivalent refractive index of each waveguide constituting the phase variable region. Laser Doppler velocimeter Provided.

上述したように、本発明によれば、従来よりもさらに小型化された走査型LDVが提供される。   As described above, according to the present invention, a scanning LDV that is further reduced in size than the conventional one is provided.

本実施形態のレーザドップラー流速計の概略構成図。The schematic block diagram of the laser Doppler velocimeter of this embodiment. 本実施形態におけるセンサ基板の上面図。The top view of the sensor board | substrate in this embodiment. 本実施形態における入力用ポートの構成を説明するための概念図。The conceptual diagram for demonstrating the structure of the port for input in this embodiment. 本実施形態における入力用ポートの構成を説明するための概念図。The conceptual diagram for demonstrating the structure of the port for input in this embodiment. 実施形態において使用されるグレーティングカプラの機能を説明するための概念図。The conceptual diagram for demonstrating the function of the grating coupler used in embodiment. 本実施形態のレーザドップラー流速計の測定機構を説明するための概念図。The conceptual diagram for demonstrating the measurement mechanism of the laser Doppler velocimeter of this embodiment. 本実施形態のレーザドップラー流速計の測定機構を説明するための概念図。The conceptual diagram for demonstrating the measurement mechanism of the laser Doppler velocimeter of this embodiment. 位相可変領域に形成される液晶層を示す図。The figure which shows the liquid-crystal layer formed in a phase variable area. 液晶層の屈折率変化を説明するための概念図。The conceptual diagram for demonstrating the refractive index change of a liquid-crystal layer. 液晶層への電圧印加のパターンと波面の傾きの関係を示す図。The figure which shows the relationship between the pattern of the voltage application to a liquid crystal layer, and the inclination of a wave front. 本実施形態のレーザドップラー流速計のドライバが実行する制御シーケンスを説明するための概念図。The conceptual diagram for demonstrating the control sequence which the driver of the laser Doppler velocimeter of this embodiment performs. 従来の走査型レーザドップラー流速計を示す図。The figure which shows the conventional scanning laser Doppler velocimeter. 従来の走査型レーザドップラー流速計を示す図。The figure which shows the conventional scanning laser Doppler velocimeter.

以下、本発明を図面に示した実施の形態をもって説明するが、本発明は、図面に示した実施の形態に限定されるものではない。なお、以下に参照する各図においては、共通する要素について同じ符号を用い、適宜、その説明を省略するものとする。   Hereinafter, the present invention will be described with reference to embodiments shown in the drawings, but the present invention is not limited to the embodiments shown in the drawings. In the drawings referred to below, the same reference numerals are used for common elements, and the description thereof is omitted as appropriate.

図1は、本発明の実施形態であるレーザドップラー流速計10の概略構成図を示す。図1(a)に示すように、本実施形態のレーザドップラー流速計10は、光源として波長可変レーザ11を備えており、波長可変レーザ11から出力されたレーザ光は、偏光子12によって一方向の偏光のみが切り出された後、光ファイバ13を伝播してセンサ部14に入力される。センサ部14には、センサ基板100が搭載されており、光ファイバ13はセンサ基板100に対して光学的に接続される。   FIG. 1 shows a schematic configuration diagram of a laser Doppler velocimeter 10 according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1A, the laser Doppler velocimeter 10 of this embodiment includes a wavelength tunable laser 11 as a light source, and laser light output from the wavelength tunable laser 11 is unidirectionally transmitted by a polarizer 12. After being polarized, only the polarized light propagates through the optical fiber 13 and is input to the sensor unit 14. A sensor substrate 100 is mounted on the sensor unit 14, and the optical fiber 13 is optically connected to the sensor substrate 100.

図1(b)は、センサ部14に搭載されるセンサ基板100の側面図を示す。光ファイバ13を伝播する光は、センサ基板100の入力用ポート20に入力された後、センサ基板100に形成されるアレイ導波路型回折格子30内を伝播して出力用ポート50から流路15に向かってプローブ光として出射される。ここで、出力用ポート50は複数のポートからなり、制御手段としてのドライバ19が信号線18を介してアレイ導波路型回折格子30に制御電圧を印加することで、プローブ光を出射する出力用ポートが択一的に選択されるように構成されている。   FIG. 1B shows a side view of the sensor substrate 100 mounted on the sensor unit 14. The light propagating through the optical fiber 13 is input to the input port 20 of the sensor substrate 100, then propagates through the arrayed waveguide type diffraction grating 30 formed on the sensor substrate 100, and flows from the output port 50 to the flow path 15. To be emitted as probe light. Here, the output port 50 is composed of a plurality of ports, and the driver 19 as a control means applies a control voltage to the arrayed waveguide type diffraction grating 30 via the signal line 18 to output probe light. The port is configured to be selected alternatively.

一方、流路15内の測定点において発生する散乱光は、センサ基板100に形成される受光部(図示せず)によって受光され、フォトダイオードなどとして参照される受光素子70によって電気信号に変換される。変換された電気信号は、信号線16を介して信号処理部17へ出力される。信号処理部17は、センサ基板100から入力される散乱光のビート信号の周波数を測定することよって測定点の流速を得る。   On the other hand, scattered light generated at a measurement point in the flow path 15 is received by a light receiving unit (not shown) formed on the sensor substrate 100 and converted into an electric signal by a light receiving element 70 referred to as a photodiode or the like. The The converted electric signal is output to the signal processing unit 17 through the signal line 16. The signal processing unit 17 obtains the flow velocity at the measurement point by measuring the frequency of the beat signal of the scattered light input from the sensor substrate 100.

以上、本実施形態のレーザドップラー流速計10の概略構成について説明してきたが、続いて、センサ基板100について説明する。   The schematic configuration of the laser Doppler velocimeter 10 of the present embodiment has been described above. Next, the sensor substrate 100 will be described.

図2は、本実施形態におけるセンサ基板100の上面図を示す。本実施形態において、センサ基板100は、シリコンフォトニクスによりSiコアとSiOクラッドからなる光導波路を含む光回路基板として形成されている。 FIG. 2 is a top view of the sensor substrate 100 in the present embodiment. In the present embodiment, the sensor substrate 100 is formed as an optical circuit substrate including an optical waveguide composed of a Si core and a SiO 2 clad by silicon photonics.

図2に示すように、センサ基板100には、2つの等価なアレイ導波路型回折格子(以下、AWGという)が対向する形で形成されている。第1のAWG30aは、入力用ポート20に接続される光入力導波路32aと、光入力導波路32aに接続されるスラブ導波路34aと、5本の光出力導波路38aに接続されるスラブ導波路37aと、スラブ導波路34aの出射側とスラブ導波路37aの入射側を接続する複数の導波路からなるアレイ導波路36aを含んで構成されている。同様に、第2のAWG30bは、入力用ポート20に接続される光入力導波路32bと、光入力導波路32bに接続されるスラブ導波路34bと、5本の光出力導波路38bに接続されるスラブ導波路37bと、スラブ導波路34bの出射側とスラブ導波路37bの入射側を接続する複数の導波路からなるアレイ導波路36bを含んで構成されている。ここで、図2に示す例では、スラブ導波路34aとスラブ導波路34b、ならびに、スラブ導波路37aとスラブ導波路37bを一体化して形成している。   As shown in FIG. 2, the sensor substrate 100 is formed with two equivalent array waveguide type diffraction gratings (hereinafter referred to as AWGs) facing each other. The first AWG 30a includes an optical input waveguide 32a connected to the input port 20, a slab waveguide 34a connected to the optical input waveguide 32a, and a slab guide connected to five optical output waveguides 38a. The waveguide 37a includes an arrayed waveguide 36a composed of a plurality of waveguides connecting the emission side of the slab waveguide 34a and the incident side of the slab waveguide 37a. Similarly, the second AWG 30b is connected to an optical input waveguide 32b connected to the input port 20, a slab waveguide 34b connected to the optical input waveguide 32b, and five optical output waveguides 38b. Slab waveguide 37b, and an arrayed waveguide 36b composed of a plurality of waveguides connecting the emission side of the slab waveguide 34b and the incident side of the slab waveguide 37b. Here, in the example shown in FIG. 2, the slab waveguide 34a and the slab waveguide 34b, and the slab waveguide 37a and the slab waveguide 37b are integrally formed.

第1のAWG30aの5本の光出力導波路38aのそれぞれの先端には、出力用ポートとして機能するグレーティングカプラ50aが接続され、同様に、第2のAWG30bの5本の光出力導波路38bのそれぞれの先端には、出力用ポートとして機能するグレーティングカプラ50bが接続されている。   A grating coupler 50a that functions as an output port is connected to the tip of each of the five optical output waveguides 38a of the first AWG 30a. Similarly, the five optical output waveguides 38b of the second AWG 30b A grating coupler 50b that functions as an output port is connected to each tip.

本実施形態においては、5個のグレーティングカプラ50aからなる列と5個のグレーティングカプラ50bからなる列が互いに対向する形で平行に配置されており、その二列の間に散乱光を受光するための受光部が配置される。本実施形態においては、測定点からの散乱光を効率よく受光してS/N比を確保するために大面積のグレーティングカプラ60が二列の間に配置されている。ここで、グレーティングカプラ60が受光した散乱光は、グレーティングカプラ60に光学的に接続される受光素子70において光電変換され、信号処理部17へ電気信号として出力される。   In the present embodiment, a row of five grating couplers 50a and a row of five grating couplers 50b are arranged in parallel so as to face each other, and the scattered light is received between the two rows. Are arranged. In the present embodiment, a large-area grating coupler 60 is disposed between two rows in order to efficiently receive scattered light from a measurement point and ensure an S / N ratio. Here, the scattered light received by the grating coupler 60 is photoelectrically converted by the light receiving element 70 optically connected to the grating coupler 60 and output to the signal processing unit 17 as an electric signal.

以上、センサ基板100の構成について概説してきたが、続いて、入力用ポート20に入力された光が上述したAWG30a,30bにおいて分波されて出力するまで過程を説明する。   The configuration of the sensor substrate 100 has been outlined above. Next, a process will be described until light input to the input port 20 is demultiplexed and output by the AWGs 30a and 30b.

本実施形態において、センサ基板100に入力された光は、入力用ポート20において分割され、光入力導波路32aおよび光入力導波路32bのそれぞれに分岐する。ここで、本実施形態における入力用ポート20は、例えば、グレーティングカプラと光分岐手段を用いて構成することができる。   In the present embodiment, light input to the sensor substrate 100 is split at the input port 20 and is branched into the optical input waveguide 32a and the optical input waveguide 32b. Here, the input port 20 in the present embodiment can be configured using, for example, a grating coupler and an optical branching unit.

具体的には、図3(a)に示すように、光ファイバ13の出力端をセンサ基板100の裏側に所定の角度をもって配置し、基板の裏からグレーティングカプラに対して光が入射するように構成した上で、グレーティングカプラの下流に任意の光分岐手段(Y分岐、マルチモード干渉計、方向性結合器など:図4参照)を光学的に接続する。この場合、センサ基板100の裏側から入射した光は、グレーティングカプラを経て下流の光分岐手段に向かって進行する。   Specifically, as shown in FIG. 3A, the output end of the optical fiber 13 is arranged at a predetermined angle on the back side of the sensor substrate 100 so that light enters the grating coupler from the back side of the substrate. After the configuration, any optical branching means (Y branch, multimode interferometer, directional coupler, etc .: see FIG. 4) is optically connected downstream of the grating coupler. In this case, the light incident from the back side of the sensor substrate 100 travels toward the downstream optical branching unit through the grating coupler.

なお、本実施形態においては、図3(b)に示すように、光ファイバ13の出力端をセンサ基板100の表側に所定の角度をもって配置し、基板の表側からグレーティングカプラに対して光が入射するように構成してもよい。また、図3(c)に示すように、光ファイバ13の出力端をセンサ基板100の端面に対向するように配置することで、光ファイバ13と光導波路のSiコアを光学的に接続してもよい(端面結合法)。   In the present embodiment, as shown in FIG. 3B, the output end of the optical fiber 13 is arranged at a predetermined angle on the front side of the sensor substrate 100, and light enters the grating coupler from the front side of the substrate. You may comprise. Also, as shown in FIG. 3C, the optical fiber 13 and the Si core of the optical waveguide are optically connected by arranging the output end of the optical fiber 13 so as to face the end surface of the sensor substrate 100. Also good (end face bonding method).

ここで、本実施形態において使用されるグレーティングカプラについて図5に基づいて説明する。   Here, the grating coupler used in the present embodiment will be described with reference to FIG.

導波路の端部に形成される回折格子が下記式(1)を満たす場合、当該導波路内を伝播する光は、当該端部の回折格子において、図5(a)に示すように、格子面に対して傾角θをもった波面で出射する。   When the diffraction grating formed at the end of the waveguide satisfies the following formula (1), the light propagating through the waveguide is reflected in the diffraction grating at the end as shown in FIG. The light is emitted with a wavefront having an inclination angle θ with respect to the surface.

上記式(1)において、mは回折次数(整数)を示し、λは導波路を伝播する光の波長を示し、neqは、導波路の等価屈折率を示し、Λは格子周期を示す。 In the above formula (1), m represents the diffraction order (integer), λ represents the wavelength of light propagating through the waveguide, n eq represents the equivalent refractive index of the waveguide, and Λ 1 represents the grating period. .

同様に、導波路の端部に形成される回折格子が上記式(1)を満たす場合、当該端部の回折格子の格子面に対して傾角θをもった波面で入射する光は、光の相反性により、図5(b)に示すように、当該回折格子に接続される導波路内を伝播する光に結合する。   Similarly, when the diffraction grating formed at the end of the waveguide satisfies the above formula (1), the light incident at the wavefront having the inclination angle θ with respect to the grating surface of the diffraction grating at the end is Due to the reciprocity, as shown in FIG. 5B, the light is coupled to the light propagating in the waveguide connected to the diffraction grating.

本実施形態において使用されるグレーティングカプラは、上述した回折格子の性質を利用したものであり、導波路に接続されるグレーティングカプラは、導波路から伝播する光をその波長に応じた出射角でカプラ面から出射し、また、カプラ面から所定の入射角で入射してくる所定の波長光を導波路内に伝播させる機能を有する。   The grating coupler used in the present embodiment utilizes the above-described properties of the diffraction grating, and the grating coupler connected to the waveguide is a coupler that emits light propagating from the waveguide at an emission angle corresponding to the wavelength. It has a function of propagating light of a predetermined wavelength, which is emitted from the surface and incident at a predetermined incident angle from the coupler surface, into the waveguide.

再び、図2に戻って説明を続ける。波長多重光が入力用ポート20に入力された場合、分岐した一方の光(波長多重光)は、光入力導波路32aを通ってスラブ導波路34aに導入される。スラブ導波路34aに導入された光は、その回折効果によって広がってアレイ導波路36aを構成する各導波路に入射する。   Returning again to FIG. 2, the description will be continued. When wavelength multiplexed light is input to the input port 20, one branched light (wavelength multiplexed light) is introduced into the slab waveguide 34a through the optical input waveguide 32a. The light introduced into the slab waveguide 34a is spread by the diffraction effect and enters each waveguide constituting the arrayed waveguide 36a.

その後、光はアレイ導波路36aを伝播してスラブ導波路37aに導入される。スラブ導波路37aに導入された光は、その回折効果によって集光する。   Thereafter, the light propagates through the arrayed waveguide 36a and is introduced into the slab waveguide 37a. The light introduced into the slab waveguide 37a is condensed by the diffraction effect.

ここで、アレイ導波路36aを構成する各導波路は、隣り合う導波路の経路長が互いにΔL異なるように形成されているため、アレイ導波路36aを伝播する過程で各導波路の光に位相のずれが生じる。AWG30aにおいては、この位相のずれ量に応じて集束光の波面が傾き、その傾き角度に応じてスラブ導波路37aの出射側における集光位置が決まる。   Here, each waveguide constituting the arrayed waveguide 36a is formed so that the path lengths of adjacent waveguides are different from each other by ΔL, so that the phase of the light in each waveguide is propagated in the process of propagating through the arrayed waveguide 36a. Deviation occurs. In the AWG 30a, the wavefront of the focused light is tilted according to the phase shift amount, and the condensing position on the emission side of the slab waveguide 37a is determined according to the tilt angle.

このとき、アレイ導波路36aからスラブ導波路37aに入射した光の回折角は光の波長λによって異なるため、波長ごとに異なる位置に集光する。これに対し、スラブ導波路37aの出射側には、各波長光の集光位置に光出力導波路38bを構成する5本の導波路の入口が形成されており、各波長光は、当該5本の導波路のそれぞれに入射する。   At this time, since the diffraction angle of the light incident on the slab waveguide 37a from the arrayed waveguide 36a differs depending on the wavelength λ of the light, the light is condensed at different positions for each wavelength. On the other hand, on the exit side of the slab waveguide 37a, the entrances of the five waveguides constituting the light output waveguide 38b are formed at the condensing position of each wavelength light. The light enters each of the waveguides.

光出力導波路38aを構成する5本の導波路に入射した光は、それぞれの出射端に接続されるグレーティングカプラ50aに到達すると、先に図5で説明したように、その波長に応じた出射角でカプラ面からセンサ基板100の面外方向に出射する。   When the light incident on the five waveguides constituting the optical output waveguide 38a reaches the grating coupler 50a connected to each of the output ends, the light is output according to the wavelength as described above with reference to FIG. The light is emitted from the coupler surface at the corner in the out-of-plane direction of the sensor substrate 100.

以上、説明したように、AWG30aは、入力用ポート20から波長多重光が入力された場合にこれを5種類の波長光に分波する能力を有しており、AWG30aが分波する光の中心波長は、アレイ導波路36aを構成する各導波路の経路長差(ΔL)とその等価屈折率に比例する。   As described above, the AWG 30a has the ability to demultiplex wavelength-multiplexed light into five types of wavelength light when input from the input port 20, and the center of the light demultiplexed by the AWG 30a. The wavelength is proportional to the path length difference (ΔL) of each waveguide constituting the arrayed waveguide 36a and its equivalent refractive index.

これまで説明してきた内容は、AWG30aと等価な構成を有するAWG30bにおいても同様であり、AWG30bは、入力用ポート20から波長多重光が入力された場合にこれを5種類の波長光に分波して5つのグレーティングカプラ50bからセンサ基板100の面外方向に出射する。   The contents described so far are the same in the AWG 30b having a configuration equivalent to the AWG 30a. The AWG 30b demultiplexes the wavelength multiplexed light into five types of wavelength light when it is input from the input port 20. The five grating couplers 50b emit light in the out-of-plane direction of the sensor substrate 100.

以上、入力用ポート20に入力された光がAWG30a,30bにおいて分波されて出力するまでの過程について概説してきたが、本実施形態のレーザドップラー流速計10においては、上述したAWGの分波機能を利用してプローブ光の出力ポートのスイッチングを実現する。ここで、改めて、当該スイッチングを含んだレーザドップラー流速計10の測定機構について説明する。なお、以下の説明においては、適宜、図1を参照するものとする。   The process until the light input to the input port 20 is demultiplexed and output by the AWGs 30a and 30b has been outlined above. In the laser Doppler velocimeter 10 of the present embodiment, the AWG demultiplexing function described above is used. To switch the output port of the probe light. Here, the measurement mechanism of the laser Doppler velocimeter 10 including the switching will be described again. In the following description, FIG. 1 will be referred to as appropriate.

レーザドップラー流速計10において、波長可変レーザ11から出力した波長λのレーザ光が光ファイバ13を経てセンサ基板100の入力用ポート20に入力すると、対向して配置される一組のグレーティングカプラ50a,50bのそれぞれから波長λの光がセンサ基板100の面外方向に出射する。ここで、一組のグレーティングカプラ50a,50bは、それぞれから同じ波長の光が出射した場合に2つの光路が交差するように位置決め配置されているため、図6(a)に示すように、グレーティングカプラ50a,50bのそれぞれから出射した波長λの光は測定点で交差して干渉縞を生じさせる。 In the laser Doppler velocimeter 10, when the laser light having the wavelength λ 1 output from the wavelength tunable laser 11 is input to the input port 20 of the sensor substrate 100 through the optical fiber 13, a pair of grating couplers 50 a disposed to face each other. the light of wavelength lambda 1 from each 50b is emitted to the out-of-plane direction of the sensor substrate 100. Here, the pair of grating couplers 50a and 50b are positioned and arranged so that the two optical paths intersect when light of the same wavelength is emitted from each of them, as shown in FIG. coupler 50a, the light of the wavelength lambda 1 emitted from each of 50b causes the interference fringes intersect at the measurement point.

測定点において生じた干渉縞を通過するトレーサー粒子から散乱光は、図6(c)に示すように、一組のグレーティングカプラ50a,50bの間に配置されたグレーティングカプラ60によって受光される。グレーティングカプラ60において受光された散乱光は、これに光学的に接続される受光素子70において電気信号に変換された後、信号線16を介して信号処理部17に出力される。信号処理部17では、受光素子70から入力された散乱光のビート信号の周波数を測定することよって測定点の流速を得る。   Scattered light from the tracer particles passing through the interference fringes generated at the measurement point is received by the grating coupler 60 disposed between the pair of grating couplers 50a and 50b, as shown in FIG. The scattered light received by the grating coupler 60 is converted into an electrical signal by the light receiving element 70 optically connected thereto, and then output to the signal processing unit 17 via the signal line 16. The signal processing unit 17 obtains the flow velocity at the measurement point by measuring the frequency of the beat signal of the scattered light input from the light receiving element 70.

同様に、波長可変レーザ11から波長λのレーザ光を出力すると、グレーティングカプラ50a,50bのそれぞれから波長λの光が出射して測定点で干渉縞を生じさせる。このとき、グレーティングカプラ50a,50bから出射する光は、図6(b)に示すように、波長に応じてその出射角が変化する。本実施形態では、このことを利用し、波長可変レーザ11の出力波長をスイッチングすることで、図6(a)に示すように、深さ方向の走査を実現しようとするものである。 Similarly, when laser light having a wavelength λ 2 is output from the wavelength tunable laser 11, light having a wavelength λ 2 is emitted from each of the grating couplers 50a and 50b, and interference fringes are generated at measurement points. At this time, the light emitted from the grating couplers 50a and 50b has its emission angle changed according to the wavelength as shown in FIG. 6B. In this embodiment, this is utilized to switch the output wavelength of the wavelength tunable laser 11 to achieve scanning in the depth direction as shown in FIG.

しかしながら、図7に示すように、通常のAWGにおいては、分波される光はその波長によって固定された位置にしか出力されないので、波長可変レーザ11の出力波長をスイッチングしたところで、異なる波長光が出力ポートを変えて出射されるだけであり、このままでは、横方向の走査および深さ方向の走査のいずれも実現することができない。   However, as shown in FIG. 7, in a normal AWG, the demultiplexed light is output only at a position fixed according to the wavelength. Therefore, when the output wavelength of the wavelength tunable laser 11 is switched, different wavelength light is emitted. Only the output port is changed and the light is emitted, and in this state, neither horizontal scanning nor depth scanning can be realized.

ここで、2次元の走査を実現するためには、5つの出力ポートのそれぞれにおいて全ての波長(λ、λ、λ、λ、λ)を出射させるための構成が必要となる。この点につき、本実施形態においては、アレイ導波路36の上に形成された液晶層40へ電圧を印加することによって各出力ポートから全ての波長を出射させることで2次元の走査を実現する。以下、各出力ポートから全ての波長を出射させるための機構について説明する。 Here, in order to realize two-dimensional scanning, a configuration for emitting all wavelengths (λ 1 , λ 2 , λ 3 , λ 4 , λ 5 ) at each of the five output ports is required. . With respect to this point, in the present embodiment, two-dimensional scanning is realized by emitting all wavelengths from each output port by applying a voltage to the liquid crystal layer 40 formed on the arrayed waveguide 36. Hereinafter, a mechanism for emitting all wavelengths from each output port will be described.

図7に示すように、本実施形態におけるアレイ導波路(36a,36b)は、その中央部分において、複数の直線状の導波路が互いに平行に並設された領域を有する。以下、この領域を位相可変領域という。この位相可変領域においては、隣り合う導波路の経路長が略等しくなっており、本実施形態では、この位相可変領域を構成する複数の導波路を横断する形で液晶層40a,40bが形成されている。   As shown in FIG. 7, the arrayed waveguides (36a, 36b) in the present embodiment have a region in which a plurality of linear waveguides are arranged in parallel to each other at the central portion. Hereinafter, this region is referred to as a phase variable region. In this phase variable region, the path lengths of adjacent waveguides are substantially equal. In this embodiment, the liquid crystal layers 40a and 40b are formed so as to cross a plurality of waveguides constituting this phase variable region. ing.

図8(a)は、アレイ導波路36aの位相可変領域に形成される液晶層40aを拡大して示す。図8(a)に示すように、液晶層40aは、アレイ導波路36aの経路長が短いほうから長い方にかけて拡幅する二等辺三角形状を有する2つの液晶層40(イ)とアレイ導波路36aの経路長が長いほうから短い方にかけて拡幅する二等辺三角形状を有する2つの液晶層40(ロ)からなり、液晶層40(イ)と液晶層40(ロ)が光の伝播方向に交互に形成されている。なお、液晶層40の形状は、二等辺三角形に限定されるものではなく、アレイ導波路36aの横断方向において拡幅するテーパー形状を有していればよい。   FIG. 8A shows an enlarged view of the liquid crystal layer 40a formed in the phase variable region of the arrayed waveguide 36a. As shown in FIG. 8A, the liquid crystal layer 40a includes two liquid crystal layers 40 (a) having an isosceles triangle shape that widens from the shorter path length to the longer path length of the arrayed waveguide 36a and the arrayed waveguide 36a. The liquid crystal layer 40 (b) and the liquid crystal layer 40 (b) are alternately arranged in the light propagation direction. Is formed. The shape of the liquid crystal layer 40 is not limited to an isosceles triangle, but may be a taper shape that widens in the transverse direction of the arrayed waveguide 36a.

図8(b)は、図8(a)におけるX−X’線の断面図を示す。図8(b)に示すように、液晶層40(イ),(ロ)は、その直下に位置するアレイ導波路36aの上部クラッド層を構成している。そして、液晶層40(イ),(ロ)のそれぞれの上層には、透明電極(ITO)が形成されている(なお、他の図では透明電極の図示を省略している)。本実施形態においては、4つの液晶層40(イ),(ロ),(ハ),(ニ)のそれぞれに配設された電極を介して個別に電圧を印加することができるように構成されている。   FIG. 8B shows a cross-sectional view taken along line X-X ′ in FIG. As shown in FIG. 8B, the liquid crystal layers 40 (a) and (b) constitute an upper clad layer of the arrayed waveguide 36a located immediately below the liquid crystal layers 40 (a) and (b). A transparent electrode (ITO) is formed on the upper layer of each of the liquid crystal layers 40 (a) and (b) (the transparent electrode is not shown in other drawings). In the present embodiment, the four liquid crystal layers 40 (a), (b), (c), and (d) are configured so that voltages can be individually applied through electrodes disposed in the respective liquid crystal layers 40 (a), (b), (c), and (d). ing.

ここで、液晶層40を構成する液晶分子は、屈折率異方性と呼ばれる複屈折率を有する物質であり、液晶分子の屈折率は、電界振動方向に対する方向によって、図9(a)に示すように、異常光屈折率n(最も屈折率が高い状態)または常光屈折率n(最も屈折率が低い状態)のいずれに変化する。 Here, the liquid crystal molecules constituting the liquid crystal layer 40 are a substance having a birefringence called refractive index anisotropy, and the refractive index of the liquid crystal molecules is shown in FIG. as such, changes to any of the extraordinary refractive index n e (highest refractive index state) or the ordinary refractive index n o (most refractive index is low).

つまり、本実施形態においては、図9(b)に示すように、液晶層40に対して正電荷を印加して液晶分子を配向方向(破線で示す)から+θtiltだけ傾けることによって液晶層40の屈折率が増加し、液晶層40に対して負電荷を印加して液晶分子を配向方向(破線で示す)から−θtiltだけ傾けることによって液晶層40の屈折率が減少するように構成されている。すなわち、本実施形態においては、液晶層40に対して正または負の電圧を印加することによって、液晶層40の屈折率が2つの状態(屈折率高・屈折率低)の間を遷移するように構成されている。 That is, in this embodiment, as shown in FIG. 9B, a positive charge is applied to the liquid crystal layer 40 to tilt the liquid crystal molecules by + θ tilt from the alignment direction (shown by a broken line). The refractive index of the liquid crystal layer 40 is decreased by applying a negative charge to the liquid crystal layer 40 and tilting the liquid crystal molecules by −θ tilt from the alignment direction (shown by a broken line). ing. That is, in the present embodiment, by applying a positive or negative voltage to the liquid crystal layer 40, the refractive index of the liquid crystal layer 40 transitions between two states (high refractive index and low refractive index). It is configured.

本実施形態においては、液晶層40の屈折率が変化することに応答して、当該液晶層40を上部クラッド層とする各導波路の等価屈折率(位相)が変化する。ここで、再び、図8を参照すると、液晶層40は、アレイ導波路36aを構成する複数の導波路を横断する形でテーパー形状に形成されているため、液晶層40(イ),(ロ)の直下においては、液晶層が上部クラッド層として装荷される長さ(以下、液晶層装荷長という)が外側(経路長の長い側)に向かうほど長くなる結果、外側に向かうほど位相の変化が大きく現れるようになる。一方、液晶層40(ハ),(ニ)の直下においては、液晶層装荷長が内側(経路長の短い側)に向かうほど長くなる結果、内側に向かうほど位相の変化が大きく現れるようになる。   In the present embodiment, in response to the change in the refractive index of the liquid crystal layer 40, the equivalent refractive index (phase) of each waveguide having the liquid crystal layer 40 as an upper cladding layer changes. Here, referring again to FIG. 8, the liquid crystal layer 40 is formed in a tapered shape so as to cross a plurality of waveguides constituting the arrayed waveguide 36a, so that the liquid crystal layers 40 (a), (b) ), The length of the liquid crystal layer loaded as the upper clad layer (hereinafter referred to as the liquid crystal layer loaded length) becomes longer as it goes to the outside (the longer path length side), and the phase changes toward the outside. Will appear greatly. On the other hand, immediately below the liquid crystal layers 40 (c) and (d), the liquid crystal layer loading length becomes longer as it goes inward (the shorter path length side), and as a result, the phase change becomes larger as it goes inward. .

図10は、液晶層40への電圧印加のパターンとそれによって生じる波面の傾きの関係を示す。まず、図10(a)に示す、4つの液晶層40(イ)〜(ニ)の全てに対して負の電圧を印加した場合を考える。この場合、液晶層40(イ),(ロ)の直下のアレイ導波路36は外側(経路長の長い側)に向かうほど屈折率が減少し、液晶層40(ハ),(ニ)の直下のアレイ導波路36は内側(経路長の短い側)に向かうほど屈折率が減少する。この場合、両者の効果が相殺される結果、位相可変領域において位相の変化は生じず波面が変化しないので、所定の波長光は、本来の出力位置である出力ポートから出射する。なお、このことは4つの液晶層40(イ)〜(ニ)の全てに対して正の電圧を印加した場合についても同じである。   FIG. 10 shows the relationship between the pattern of voltage application to the liquid crystal layer 40 and the wavefront slope produced thereby. First, consider a case where a negative voltage is applied to all of the four liquid crystal layers 40 (a) to (d) shown in FIG. In this case, the refractive index of the arrayed waveguide 36 immediately below the liquid crystal layers 40 (a) and (b) decreases toward the outside (the side with the longer path length), and immediately below the liquid crystal layers 40 (c) and (d). The refractive index of the arrayed waveguide 36 decreases as it goes inward (the shorter path length side). In this case, as a result of canceling out both effects, the phase change does not occur in the phase variable region, and the wavefront does not change, so that the predetermined wavelength light is emitted from the output port which is the original output position. This also applies to the case where a positive voltage is applied to all four liquid crystal layers 40 (a) to (d).

次に、図10(b)に示すように、液晶層40(イ)に対して正の電圧を印加し、残りの液晶層40(ハ),(ロ),(ニ)に対して負の電圧を印加した場合を考える。ここでは、液晶層40(ハ)と(ロ)は効果を相殺するので、液晶層40(イ)と(ニ)に着目する。この場合、液晶層40(イ)の直下のアレイ導波路36は外側に向かうほど屈折率が増加して位相が遅れ、液晶層40(ニ)の直下のアレイ導波路36は内側に向かうほど屈折率が減少して位相が進む。その結果、波面は図10(b)に示すように傾く。この場合、所定の波長光は、本来の出力位置を基準として+1シフトした他の出力ポートから出射する。   Next, as shown in FIG. 10 (b), a positive voltage is applied to the liquid crystal layer 40 (b), and a negative voltage is applied to the remaining liquid crystal layers 40 (c), (b), and (d). Consider the case where a voltage is applied. Here, since the liquid crystal layers 40 (c) and (b) cancel out the effects, attention is paid to the liquid crystal layers 40 (a) and (d). In this case, the refractive index of the arrayed waveguide 36 immediately below the liquid crystal layer 40 (A) increases toward the outside and the phase is delayed, and the arrayed waveguide 36 directly below the liquid crystal layer 40 (D) is refracted toward the inside. The rate decreases and the phase advances. As a result, the wavefront tilts as shown in FIG. In this case, the predetermined wavelength light is emitted from another output port shifted by +1 with respect to the original output position.

次に、図10(c)に示すように、液晶層40(イ),(ロ)に対して正の電圧を印加し、残りの液晶層40(ハ),(ニ)に対して負の電圧を印加した場合を考える。この場合、液晶層40(イ),(ロ)の直下のアレイ導波路36は外側に向かうほど屈折率が増加して位相が遅れ、液晶層40(ハ),(ニ)の直下のアレイ導波路36は内側に向かうほど屈折率が減少して位相が進む。その結果、波面は図10(c)に示すように傾く。この場合、所定の波長光は、本来の出力位置を基準として+2シフトした他の出力ポートから出射する。   Next, as shown in FIG. 10 (c), a positive voltage is applied to the liquid crystal layers 40 (a) and (b), and a negative voltage is applied to the remaining liquid crystal layers 40 (c) and (d). Consider the case where a voltage is applied. In this case, the refractive index of the arrayed waveguide 36 immediately below the liquid crystal layers 40 (a) and (b) increases toward the outside and the phase lags, so that the array waveguides directly below the liquid crystal layers 40 (c) and (d). As the waveguide 36 goes inward, the refractive index decreases and the phase advances. As a result, the wavefront tilts as shown in FIG. In this case, the predetermined wavelength light is emitted from another output port shifted by +2 with respect to the original output position.

次に、図10(d)に示すように、液晶層40(ハ)に対して正の電圧を印加し、残りの液晶層40(イ),(ロ),(ニ)に対して負の電圧を印加した場合を考える。ここでは、液晶層40(ロ)と(ニ)は効果を相殺するので、液晶層40(イ)と(ハ)に着目する。この場合、液晶層40(イ)の直下のアレイ導波路36は外側ほど屈折率が減少して位相が進み、液晶層40(ハ)の直下のアレイ導波路36は内側ほど屈折率が増加して位相が遅れる。その結果、波面は図10(d)に示すように傾く。この場合、所定の波長光は、本来の出力位置を基準として−1シフトした他の出力ポートから出射する。   Next, as shown in FIG. 10 (d), a positive voltage is applied to the liquid crystal layer 40 (c), and a negative voltage is applied to the remaining liquid crystal layers 40 (a), (b), and (d). Consider the case where a voltage is applied. Here, since the liquid crystal layers 40 (B) and (D) cancel out the effects, attention is paid to the liquid crystal layers 40 (A) and (C). In this case, the refractive index of the arrayed waveguide 36 directly below the liquid crystal layer 40 (a) decreases and the phase advances toward the outside, and the refractive index of the arrayed waveguide 36 directly below the liquid crystal layer 40 (c) increases toward the inside. The phase is delayed. As a result, the wavefront tilts as shown in FIG. In this case, the predetermined wavelength light is emitted from another output port shifted by −1 with respect to the original output position.

次に、図10(e)に示すように、液晶層40(イ),(ロ)に対して負の電圧を印加し、残りの液晶層40(ハ),(ニ)に対して正の電圧を印加した場合を考える。この場合、液晶層40(イ),(ロ)の直下のアレイ導波路36は外側に向かうほど屈折率が減少して位相が進み、液晶層40(ハ),(ニ)の直下のアレイ導波路36は内側に向かうほど屈折率が増加して位相が遅れる。その結果、波面は図10(e)に示すように傾く。この場合、所定の波長光は、本来の出力位置を基準として−2シフトした他の出力ポートから出射する。   Next, as shown in FIG. 10 (e), a negative voltage is applied to the liquid crystal layers 40 (b) and (b), and a positive voltage is applied to the remaining liquid crystal layers 40 (c) and (d). Consider the case where a voltage is applied. In this case, the refractive index of the arrayed waveguide 36 immediately below the liquid crystal layers 40 (a) and (b) decreases and the phase advances toward the outside, and the array waveguides directly below the liquid crystal layers 40 (c) and (d). In the waveguide 36, the refractive index increases and the phase is delayed toward the inner side. As a result, the wavefront tilts as shown in FIG. In this case, the predetermined wavelength light is emitted from another output port shifted by -2 with respect to the original output position.

以上、液晶層40への電圧印加のパターンとそれによって生じる波面の傾きの関係について説明してきたが、本実施形態においては、液晶層40として強誘電性液晶(FLC:Ferroelectric liquid-crystal)を採用することが好ましい。FLCは、屈折率差が0.143(ne=1.653,nO=1.51)と大きい上に、優れた応答速度(数十[μs])を持ち、加えて、自発分極によるメモリー性(最後に電圧を印加した状態での液晶分子の傾きを維持する)を有するため液晶の制御に係る消費電力を抑えることができる。 As described above, the relationship between the pattern of voltage application to the liquid crystal layer 40 and the inclination of the wavefront generated thereby has been described. In the present embodiment, a ferroelectric liquid crystal (FLC) is used as the liquid crystal layer 40. It is preferable to do. FLC is on the refractive index difference is large as 0.143 (n e = 1.653, n O = 1.51), has excellent response speed (several tens [.mu.s]), in addition, memory property (last voltage by spontaneous polarization In other words, the power consumption for controlling the liquid crystal can be reduced.

続いて、これまで説明してきた内容を前提として、2次元の走査を実現するためにドライバ19が実行する制御シーケンスを図11に基づいて説明する。なお、以下の説明においては、適宜、図1を参照するものとする。   Next, on the premise of the contents described so far, a control sequence executed by the driver 19 to realize two-dimensional scanning will be described with reference to FIG. In the following description, FIG. 1 will be referred to as appropriate.

本実施形態においては、測定にあたり、ドライバ19が以下のステップ1〜ステップを繰り返し実行する。   In the present embodiment, the driver 19 repeatedly executes the following steps 1 to steps for measurement.

まず、ステップ1においては、波長可変レーザ11の出力波長を波長λに制御するとともに、当該期間において、出力ポートのシフト量が[-2]→[-1]→[0]→[+1]→[+2]の順番で遷移するように液晶層40a,40bに印加する電圧を制御する(各シフト量に対応する電圧印加のパターンは図10を参照のこと。以下、同様)。その結果、波長λの光の出力ポートが[4]→[5]→[1]→[2]→[3]の順番で切り替わる。 First, in step 1, and controls the output wavelength of the tunable laser 11 to the wavelength lambda 1, in the period, the shift amount of the output port is [-2] → [-1] → [0] → [+1 ] → [+2] The voltage applied to the liquid crystal layers 40a and 40b is controlled so as to transit in the order (see FIG. 10 for the voltage application pattern corresponding to each shift amount, the same applies hereinafter). As a result, the output port of the light of wavelength λ 1 is switched in the order of [4] → [5] → [1] → [2] → [3].

続くステップ2においては、波長可変レーザ11の出力波長を波長λに制御するとともに、当該期間において、出力ポートのシフト量が[-2]→[-1]→[0]→[+1]→[+2]の順番で遷移するように液晶層40a,40bに印加する電圧を制御する。その結果、波長λの光の出力ポートが[5]→[4]→[3]→[2]→[1]の順番で切り替わる。 In subsequent step 2, to control the output wavelength of the tunable laser 11 to the wavelength lambda 2, in the period, the shift amount of the output port is [-2] → [-1] → [0] → [+1] → The voltage applied to the liquid crystal layers 40a and 40b is controlled so as to transit in the order of [+2]. As a result, the output ports of the wavelength lambda 2 of light is switched in the order of [5] → [4] → [3] → [2] → [1].

続くステップ3においては、波長可変レーザ11の出力波長を波長λに制御するとともに、当該期間において、出力ポートのシフト量が[-2]→[-1]→[0]→[+1]→[+2]の順番で遷移するように液晶層40a,40bに印加する電圧を制御する。その結果、波長λの光の出力ポートが[1]→[2]→[3]→[4]→[5]の順番で切り替わる。 In the subsequent step 3, the output wavelength of the wavelength tunable laser 11 is controlled to the wavelength λ 3 and the shift amount of the output port is changed from [−2] → [−1] → [0] → [+1] during the period. → The voltage applied to the liquid crystal layers 40a and 40b is controlled so as to transit in the order of [+2]. As a result, the light output port of the wavelength lambda 3 is switched in the order of [1] → [2] → [3] → [4] → [5].

続くステップ4においては、波長可変レーザ11の出力波長を波長λに制御するとともに、当該期間において、出力ポートのシフト量が[-2]→[-1]→[0]→[+1]→[+2]の順番で遷移するように液晶層40a,40bに印加する電圧を制御する。その結果、波長λの光の出力ポートが[2]→[3]→[4]→[5]→[1]の順番で切り替わる。 In the subsequent step 4, the output wavelength of the wavelength tunable laser 11 is controlled to the wavelength λ 4 and the shift amount of the output port is changed from [−2] → [−1] → [0] → [+1] during the period. → The voltage applied to the liquid crystal layers 40a and 40b is controlled so as to transit in the order of [+2]. As a result, the output port of the light of wavelength λ 4 is switched in the order [2] → [3] → [4] → [5] → [1].

続くステップ5においては、波長可変レーザ11の出力波長を波長λに制御するとともに、当該期間において、出力ポートのシフト量が[2]→[-1]→[0]→[+1]→[+2]の順番で遷移するように液晶層40a,40bに印加する電圧を制御する。その結果、波長λの光の出力ポートが[3]→[4]→[5]→[1]→[2]の順番で切り替わる。 In the subsequent step 5, the output wavelength of the wavelength tunable laser 11 is controlled to the wavelength λ 5 and the shift amount of the output port is changed from [2] → [−1] → [0] → [+1] → The voltage applied to the liquid crystal layers 40a and 40b is controlled so as to transition in the order of [+2]. As a result, the light output port of the wavelength lambda 5 is switched in the order of [3] → [4] → [5] → [1] → [2].

図11を見れば明らかなように、本実施形態においては、液晶層40a,40bへの印加電圧の制御タイミングに同期して測定点が横方向に移動するとともに、波長可変レーザ11の出力波長の切替タイミングに同期して測定点が深さ方向に移動する。つまり、図11に示すシーケンス制御によれば、横方向を主走査方向とし、深さ方向を副走査方向とする2次元走査が実現される。なお、別のシーケンスを採用することによって、深さ方向を主走査方向とし、横方向を副走査方向とする2次元走査が実現しうることは容易に理解されるところであろう。   As is apparent from FIG. 11, in the present embodiment, the measurement point moves in the horizontal direction in synchronization with the control timing of the voltage applied to the liquid crystal layers 40a and 40b, and the output wavelength of the wavelength tunable laser 11 changes. The measurement point moves in the depth direction in synchronization with the switching timing. That is, according to the sequence control shown in FIG. 11, two-dimensional scanning is realized in which the horizontal direction is the main scanning direction and the depth direction is the sub-scanning direction. It should be easily understood that by adopting another sequence, two-dimensional scanning in which the depth direction is the main scanning direction and the horizontal direction is the sub-scanning direction can be realized.

なお、これまで、5種類の波長光を5組の出力ポート(出力チャンネル)においてスイッチングする実施形態に基づいて説明してきたが、これはあくまで説明のための例示的な態様であり、本発明においては、2以上の任意の数の出力チャンネルスイッチングするように構成しうることはいうまでもない。例えば、2個の出力チャンネルを切り替える最小のケースでは、各AWGに対して1個の液晶層40を形成すればよい。また、N個(Nは3以上の整数)の出力チャンネルを切り替える場合は、各AWGに対して、経路長の短いほうから長い方にかけて拡幅する第1の液晶層と経路長の長いほうから短い方にかけて拡幅する第2の液晶層をそれぞれ(N−1/2)個ずつ形成すればよい。   Heretofore, the description has been made based on the embodiment in which the five types of wavelength light are switched in the five sets of output ports (output channels). However, this is merely an exemplary aspect for explanation, and in the present invention. It goes without saying that any number of output channels that are two or more can be configured to switch. For example, in the minimum case where two output channels are switched, one liquid crystal layer 40 may be formed for each AWG. When N output channels (N is an integer of 3 or more) are switched, the first liquid crystal layer that widens from the shorter path length to the longer path length and the shorter path length from each path to each AWG. It is only necessary to form (N−1 / 2) second liquid crystal layers that widen toward each other.

最後に、液晶層40の設計方法について説明する。   Finally, a method for designing the liquid crystal layer 40 will be described.

本実施形態においては、出力ポートのシフトを回折次数の変更により行う。ここで、回折次数を1次変更した場合はFSR(free spectral range)だけ出力波長が切り替わる。下記式(2)にFSRの関係式を示す。   In the present embodiment, the output port is shifted by changing the diffraction order. Here, when the diffraction order is changed to the first order, the output wavelength is switched by FSR (free spectral range). The following formula (2) shows the relational expression of FSR.

上記式(2)において、Nは出力チャンネル数を示し、Δλはチャンネル波長間隔を示す。   In the above equation (2), N represents the number of output channels, and Δλ represents the channel wavelength interval.

本実施形態においては、下記式(3)によりNpポートを切り替えるために必要な光路差neff・ΔL1を求める。 In the present embodiment, the optical path difference n eff · ΔL 1 necessary for switching the Np port is obtained by the following equation (3).

上記式(3)において、λは中心波長を示し、neffは導波路の等価屈折率を示し、neff・ΔLは必要光路差を示し、Npは切り替えポート数を示す。 In the above equation (3), λ represents the center wavelength, n eff represents the equivalent refractive index of the waveguide, n eff · ΔL represents the required optical path difference, and N p represents the number of switching ports.

次に、求めた光路差を液晶によって得るための液晶装荷長を算出する。配向方向を中心として、液晶の±θtiltによってつくられる光路は下記式(4)で表すことができる。 Next, the liquid crystal loading length for obtaining the obtained optical path difference with the liquid crystal is calculated. The optical path created by ± θ tilt of the liquid crystal with the alignment direction as the center can be expressed by the following formula (4).

上記式(4)において、Lは必要光路差を得るための液晶装荷長を示し、n±θeffは液晶動作時の導波路の等価屈折率を示す。 In the above formula (4), L represents the liquid crystal loading length for obtaining the required optical path difference, and n ± θ eff represents the equivalent refractive index of the waveguide during liquid crystal operation.

上記式(4)をLについて整理すると下記式(5)が得られる。   When the above formula (4) is arranged for L, the following formula (5) is obtained.

本実施形態においては、上記式(5)から必要光路差を得るための液晶装荷長Lを求めることができ、アレイ導波路ごとにLを整数倍することで、テーパー状の液晶装荷領域のサイズを設計することができる。具体的には、アレイ導波路の本数Nは下記式(6)となる。   In the present embodiment, the liquid crystal loading length L for obtaining the required optical path difference can be obtained from the above formula (5), and the size of the tapered liquid crystal loading region is obtained by multiplying L by an integer for each arrayed waveguide. Can be designed. Specifically, the number N of arrayed waveguides is expressed by the following formula (6).

上記式(6)において、Dは入出力導波路間隔であり、XFSRは下記式(7)で表される自由空間間隔である。 In the above equation (6), D is an input / output waveguide interval, and X FSR is a free space interval represented by the following equation (7).

上記式(7)において、fはスラブ導波路の曲率半径、nsはスラブ導波路の等価屈折率、dはアレイ導波路とスラブ接続部との接続部でのアレイ導波路間隔である。 In the above equation (7), f is the radius of curvature of the slab waveguide, n s is the equivalent refractive index of the slab waveguide, and d is the arrayed waveguide interval at the connection between the arrayed waveguide and the slab connection.

本実施形態においては、アレイ導波路において隣接する導波路の液晶装荷長がLずつ異なり、その最大長がN×Lとなるように、テーパー状の液晶層40のサイズを設計すればよい。   In the present embodiment, the size of the tapered liquid crystal layer 40 may be designed so that the liquid crystal loading lengths of adjacent waveguides in the arrayed waveguide are different by L and the maximum length is N × L.

以上、説明したように、本発明によれば、従来よりもさらに小型化された走査型レーザドップラー流速計が提供される。本発明のレーザドップラー流速計は、シリコンフォトニクスによる光配線を採用するため光軸調整が不要となり、また、原理的に光軸ずれが生じないため耐衝撃性に優れている。また、シリコン導波路の強い光閉じ込めにより超小型プローブを実現することができ、CMOSプロセスを用いた導波路形成により容易に量産することができる。加えて、電界による液晶の屈折率変化を利用してスイッチング制御を行うため、従来のような熱光学効果や電流注入を利用する構成に比較して格段に消費電力が少なく、また、素子間での熱干渉の心配がないため高密度集積化に対応しうる。   As described above, according to the present invention, a scanning laser Doppler velocimeter that is further downsized than the conventional one is provided. Since the laser Doppler velocimeter of the present invention employs optical wiring based on silicon photonics, it is not necessary to adjust the optical axis, and in principle there is no optical axis misalignment, and it has excellent impact resistance. In addition, the ultra-small probe can be realized by the strong optical confinement of the silicon waveguide, and can be easily mass-produced by forming the waveguide using the CMOS process. In addition, since switching control is performed by using the change in the refractive index of the liquid crystal due to the electric field, the power consumption is remarkably low compared with the conventional configuration using the thermo-optic effect and current injection, and between elements. Therefore, it is possible to cope with high density integration.

本発明のレーザドップラー流速計は、生体組織透過性の高い近赤外域で発光する波長可変レーザを用いて血管近傍に小型プローブを取り付けて血流速度分布を非侵襲に計測するといった臨床医療への適用が大いに期待できる。ただし、本発明は、その用途を限定するものではないことはいうまでもない。   The laser Doppler velocimeter of the present invention can be applied to clinical medicine such as a non-invasive measurement of blood flow velocity distribution by attaching a small probe in the vicinity of a blood vessel using a wavelength tunable laser emitting light in the near-infrared region with high biological tissue permeability. The application can be greatly expected. However, it goes without saying that the present invention is not intended to limit its application.

以上、本発明について実施形態をもって説明してきたが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、その他、当業者が推考しうる実施態様の範囲内において、本発明の作用・効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれるものである。   As described above, the present invention has been described with the embodiments. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and other functions and effects of the present invention are within the scope of embodiments that can be considered by those skilled in the art. As long as it plays, it is included in the scope of the present invention.

上述した実施形態の各機能は、C、C++、C#、Java(登録商標)などで記述された装置実行可能なプログラムにより実現でき、本実施形態のプログラムは、ハードディスク装置、CD−ROM、MO、DVD、フレキシブルディスク、EEPROM、EPROMなどの装置可読な記録媒体に格納して頒布することができ、また他装置が可能な形式でネットワークを介して伝送することができる。   Each function of the above-described embodiment can be realized by a device-executable program written in C, C ++, C #, Java (registered trademark) or the like, and the program of this embodiment includes a hard disk device, a CD-ROM, an MO It can be stored in a device-readable recording medium such as a DVD, a flexible disk, an EEPROM, or an EPROM, and can be distributed, and can be transmitted via a network in a format that other devices can.

10…レーザドップラー流速計
11…波長可変レーザ
12…偏光子
13…光ファイバ
14…センサ部
15…流路
16…信号線
17…信号処理部
18…信号線
19…ドライバ
20…入力用ポート
30…アレイ導波路型回折格子
32…光入力導波路
34…スラブ導波路
36…アレイ導波路
37…スラブ導波路
38…光出力導波路
40…液晶層
50…出力用ポート(グレーティングカプラ)
60…グレーティングカプラ
70…受光素子
100…センサ基板
500…走査型LDV
501…レーザ
502…偏光子
503…スプリッタ
504…レンズ光学系
505…回転ミラー
506…ドライバ
507…流路
508…受光素子
509…信号処理部
600…走査型LDV
601…波長可変レーザ
602…偏光子
603…光スイッチ
604…光ファイバアレイ
605…流路
607信号処理部
609…ドライバ
610…センサ部
611…回折格子
612…ミラー
613…スプリッタ
614…受光素子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Laser Doppler velocimeter 11 ... Wavelength variable laser 12 ... Polarizer 13 ... Optical fiber 14 ... Sensor part 15 ... Flow path 16 ... Signal line 17 ... Signal processing part 18 ... Signal line 19 ... Driver 20 ... Input port 30 ... Array waveguide type diffraction grating 32 ... Optical input waveguide 34 ... Slab waveguide 36 ... Array waveguide 37 ... Slab waveguide 38 ... Optical output waveguide 40 ... Liquid crystal layer 50 ... Output port (grating coupler)
60 ... Grating coupler 70 ... Light receiving element 100 ... Sensor substrate 500 ... Scanning LDV
DESCRIPTION OF SYMBOLS 501 ... Laser 502 ... Polarizer 503 ... Splitter 504 ... Lens optical system 505 ... Rotating mirror 506 ... Driver 507 ... Flow path 508 ... Light receiving element 509 ... Signal processing part 600 ... Scanning LDV
DESCRIPTION OF SYMBOLS 601 ... Tunable laser 602 ... Polarizer 603 ... Optical switch 604 ... Optical fiber array 605 ... Flow path 607 Signal processing part 609 ... Driver 610 ... Sensor part 611 ... Diffraction grating 612 ... Mirror 613 ... Splitter 614 ... Light receiving element

Claims (12)

2以上の出力波長を有する波長可変レーザと、
前記波長可変レーザが出射するレーザ光を分割してなる2つのプローブ光を測定点に出射し、該測定点から発生する散乱光の検出信号を出力するためのセンサ基板を備えるセンサ部と、
前記出力波長および前記センサ基板に印加する電圧を可変制御するための制御手段と、
前記散乱光の検出信号に基づいて流速を計測する信号処理部と、
を含み、
前記センサ基板は、
前記レーザ光を入力するための入力用ポートと、
前記入力用ポートにおいて分割された2つの光のそれぞれを入力とする2つのアレイ導波路型回折格子であって、アレイ導波路の一部に隣接する導波路の経路長の略等しい位相可変領域を有する、第1および第2のアレイ導波路型回折格子と、
前記第1のアレイ導波路型回折格子のN本(Nは2以上の整数)の光出力導波路に接続されるN個の第1のグレーティングカプラと前記第2のアレイ導波路型回折格子のN本の光出力導波路に接続されるN個の第2のグレーティングカプラを二列に配置することで構成されるN組の出力用ポートと、
前記散乱光を受光するための受光部と、
を含み、
各前記アレイ導波路型回折格子は、
前記位相可変領域を横断して形成され導波路の上部クラッド層として機能するテーパー状の(N−1)個の液晶層を含み、
前記制御手段は、
各前記液晶層に対して個別に正または負の電圧を印加して前記位相可変領域を構成する各導波路の等価屈折率を変化させることによって、波長λのプローブ光を出射する前記出力用ポートを切り替える、
レーザドップラー流速計。
A tunable laser having two or more output wavelengths;
A sensor unit including a sensor substrate for emitting two probe lights formed by dividing the laser light emitted from the wavelength tunable laser to a measurement point and outputting a detection signal of scattered light generated from the measurement point;
Control means for variably controlling the output wavelength and the voltage applied to the sensor substrate;
A signal processing unit for measuring a flow velocity based on the detection signal of the scattered light;
Including
The sensor substrate is
An input port for inputting the laser beam;
Two arrayed-waveguide-type diffraction gratings each having two light beams divided at the input port as inputs, and having a phase variable region having substantially the same path length of a waveguide adjacent to a part of the arrayed waveguide And first and second arrayed waveguide gratings,
N first grating couplers connected to N (N is an integer of 2 or more) optical output waveguides of the first arrayed waveguide grating and the second arrayed waveguide gratings N sets of output ports configured by arranging N second grating couplers connected to N optical output waveguides in two rows;
A light receiving portion for receiving the scattered light;
Including
Each of the arrayed waveguide gratings is
Including tapered (N-1) liquid crystal layers formed across the phase variable region and functioning as an upper cladding layer of the waveguide;
The control means includes
The output port that emits probe light having a wavelength λ by applying an individual positive or negative voltage to each liquid crystal layer to change the equivalent refractive index of each waveguide constituting the phase variable region Switch
Laser Doppler velocimeter.
前記受光部は、前記第1および第2のグレーティングカプラの間に配置される第3のグレーティングカプラを含む、
請求項1に記載のレーザドップラー流速計。
The light receiving unit includes a third grating coupler disposed between the first and second grating couplers.
The laser Doppler velocimeter according to claim 1.
各前記位相可変領域に対して、前記アレイ導波路の経路長の短いほうから長い方にかけて拡幅する第1の液晶層および該経路長の長いほうから短い方にかけて拡幅する第2の液晶層がそれぞれ(N−1/2)個ずつ形成される(Nは3以上の整数)、
請求項1または2に記載のレーザドップラー流速計。
For each of the phase variable regions, a first liquid crystal layer that widens from the shorter path length of the arrayed waveguide to a longer one and a second liquid crystal layer that widens from the longer path length to the shorter one of the array waveguides, respectively. (N−1 / 2) pieces are formed (N is an integer of 3 or more),
The laser Doppler velocimeter according to claim 1 or 2.
前記制御手段は、
(N−1)個の前記液晶層に対してN通りのパターンで電圧を印加することよって、波長λのプローブ光を出射する前記出力用ポートの位置をN通りに切り替える、
請求項1〜3のいずれか一項に記載のレーザドップラー流速計。
The control means includes
(N-1) By applying voltages to the N liquid crystal layers in N patterns, the position of the output port that emits the probe light having the wavelength λ is switched to N ways.
The laser Doppler velocimeter as described in any one of Claims 1-3.
前記制御手段は、
N個の出力波長を切り替え制御するとともに、該出力波長を波長λに制御している期間に、(N−1)個の前記液晶層に対する電圧印加をN通りのパターンで切り替えることによって測定点を2次元に走査する、
請求項4に記載のレーザドップラー流速計。
The control means includes
While switching and controlling the N output wavelengths, the measurement points are switched by switching the voltage application to the (N−1) liquid crystal layers in N patterns during the period in which the output wavelength is controlled to the wavelength λ. Scan in two dimensions,
The laser Doppler velocimeter according to claim 4.
前記液晶層は強誘電性液晶層である、
請求項1〜5のいずれか一項に記載のレーザドップラー流速計。
The liquid crystal layer is a ferroelectric liquid crystal layer;
The laser Doppler velocimeter according to any one of claims 1 to 5.
前記第1の液晶層と第2の液晶層が交互に形成される、
請求項3〜5のいずれか一項に記載のレーザドップラー流速計。
The first liquid crystal layer and the second liquid crystal layer are alternately formed.
The laser Doppler velocimeter according to any one of claims 3 to 5.
レーザドップラー流速測定用のセンサであって、
レーザ光を入力するための入力用ポートと、
前記入力用ポートにおいて分割された2つの光のそれぞれを入力とする2つのアレイ導波路型回折格子であって、アレイ導波路の一部に隣接する導波路の経路長の略等しい位相可変領域を有する、第1および第2のアレイ導波路型回折格子と、
前記第1のアレイ導波路型回折格子のN本(Nは2以上の整数)の光出力導波路に接続されるN個の第1のグレーティングカプラと前記第2のアレイ導波路型回折格子のN本の光出力導波路に接続されるN個の第2のグレーティングカプラを二列に配置することで構成されるN組の出力用ポートと、
測定点から発生する散乱光を受光するための受光部と、
を含み、
各前記アレイ導波路型回折格子は、
前記位相可変領域を横断して形成され導波路の上部クラッド層として機能するテーパー状の(N−1)個の液晶層と、
各前記液晶層に対して個別に正または負の電圧を印加するための電極と、
を含む、
センサ。
A sensor for laser Doppler flow velocity measurement,
An input port for inputting laser light;
Two arrayed-waveguide-type diffraction gratings each having two light beams divided at the input port as inputs, and having a phase variable region having substantially the same path length of a waveguide adjacent to a part of the arrayed waveguide And first and second arrayed waveguide gratings,
N first grating couplers connected to N (N is an integer of 2 or more) optical output waveguides of the first arrayed waveguide grating and the second arrayed waveguide gratings N sets of output ports configured by arranging N second grating couplers connected to N optical output waveguides in two rows;
A light receiving unit for receiving scattered light generated from the measurement point;
Including
Each of the arrayed waveguide gratings is
Tapered (N-1) liquid crystal layers formed across the phase variable region and functioning as an upper cladding layer of the waveguide;
Electrodes for applying a positive or negative voltage individually to each of the liquid crystal layers;
including,
Sensor.
前記受光部は、前記第1および第2のグレーティングカプラの間に配置される第3のグレーティングカプラを含む、
請求項8に記載のセンサ。
The light receiving unit includes a third grating coupler disposed between the first and second grating couplers.
The sensor according to claim 8.
各前記位相可変領域に対して、前記アレイ導波路の経路長の短いほうから長い方にかけて拡幅する第1の液晶層および該経路長の長いほうから短い方にかけて拡幅する第2の液晶層がそれぞれ(N−1/2)個ずつ形成される(Nは3以上の整数)、
請求項8または9に記載のセンサ。
For each of the phase variable regions, a first liquid crystal layer that widens from the shorter path length of the arrayed waveguide to a longer one and a second liquid crystal layer that widens from the longer path length to the shorter one of the array waveguides, respectively. (N−1 / 2) pieces are formed (N is an integer of 3 or more),
The sensor according to claim 8 or 9.
前記第1の液晶層と第2の液晶層が交互に形成される、
請求項10に記載のセンサ。
The first liquid crystal layer and the second liquid crystal layer are alternately formed.
The sensor according to claim 10.
前記液晶層は強誘電性液晶層である、
請求項8〜11のいずれか一項に記載のセンサ。
The liquid crystal layer is a ferroelectric liquid crystal layer;
The sensor as described in any one of Claims 8-11.
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