JP2017187649A - Optical phased array and optical antenna - Google Patents

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大介 井上
Daisuke Inoue
大介 井上
正 市川
Tadashi Ichikawa
正 市川
朱里 中尾
Juri Nakao
朱里 中尾
山下 達弥
Tatsuya Yamashita
達弥 山下
真琴 中井
Makoto Nakai
真琴 中井
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    • G02F1/00Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/29Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the position or the direction of light beams, i.e. deflection
    • G02F1/295Analog deflection from or in an optical waveguide structure]
    • G02F1/2955Analog deflection from or in an optical waveguide structure] by controlled diffraction or phased-array beam steering

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical phased array and an optical antenna in which variation in a deflection angle against change in environment is suppressed and the deflection angle linearly varies stably.SOLUTION: An optical phased array includes: a distribution unit 56 for inputting output light from a laser source from an input port as input light Pin and distributing it into plural to output from a plurality of output ports; a phase modulation unit 54 having a plurality of optical waveguides 64 that are connected with each of the plurality of output ports and extended in a prescribed direction, and a plurality of heating elements 66 that give heat to each of the plurality of optical waveguides 64 to modulate each phase of input light Pin transmitting along the plurality of optical waveguides 64; and a diffraction grating array 52 that includes a plurality of diffraction gratings correspondingly arranged in each of the plurality of optical waveguides 64 and radiates the input light Pin whose phase is modulated as radiation light Pout.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、光フェーズドアレイ、及び光アンテナに関する。   The present invention relates to an optical phased array and an optical antenna.

光フェーズドアレイとは光を偏向するデバイスであり、光アンテナを構成するキーデバイスである。光フェーズドアレイの一形態として、非特許文献1に開示されたような、位相変調器と回折格子とを組み合わせた光フェーズドアレイが知られている。非特許文献1に開示された光フェーズドアレイでは、アレイ状に配置された回折格子の各々に入力させる光の位相を変調することにより偏向角が変えられるように構成されている。   An optical phased array is a device that deflects light and is a key device that constitutes an optical antenna. As one form of the optical phased array, an optical phased array as disclosed in Non-Patent Document 1 in which a phase modulator and a diffraction grating are combined is known. The optical phased array disclosed in Non-Patent Document 1 is configured such that the deflection angle can be changed by modulating the phase of light input to each of the diffraction gratings arranged in an array.

Large-scale nanophotonic phased array, Nature, Vol.1943, p195-199, 2013Large-scale nanophotonic phased array, Nature, Vol.1943, p195-199, 2013

光フェーズドアレイ、特に、移動体(自動車等)のレーザレーダ等に用いられる光フェーズドアレイでは、周囲温度等の環境の変化に対し、偏向角が安定して線形に変化することが重要である。この点、非特許文献1に開示された光フェーズドアレイでは、光フェーズドアレイの構成要素、特に、温度依存性の大きい位相変調器に対する対策が施されていないため、周囲温度が変化すると変調位相が変化してしまう。そのため、光フェーズドアレイの偏向角が温度等の変化に依存して変化してしまうという問題点がある。   In an optical phased array, particularly an optical phased array used for a laser radar or the like of a moving body (automobile or the like), it is important that the deflection angle changes stably and linearly with respect to environmental changes such as ambient temperature. In this regard, in the optical phased array disclosed in Non-Patent Document 1, no measures are taken against the components of the optical phased array, particularly the phase modulator having a large temperature dependence, so that the modulation phase changes when the ambient temperature changes. It will change. Therefore, there is a problem that the deflection angle of the optical phased array changes depending on changes in temperature or the like.

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、環境の変化に対する偏向角の変動が抑制され、偏向角が安定して線形に変化する光フェーズドアレイ、及び光アンテナを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide an optical phased array and an optical antenna in which fluctuation of the deflection angle with respect to environmental changes is suppressed, and the deflection angle changes stably and linearly. And

上記目的を達成するために、請求項1に記載の光フェーズドアレイは、レーザ光源からの出力光を入力端から入力光として入力すると共に複数に分配して複数の出力端から出力させる分配部と、前記複数の出力端の各々に接続されると共に所定の方向に延伸された複数の光導波路、及び前記複数の光導波路の各々に熱を付与する複数の加熱素子を備え、前記複数の光導波路を伝播する前記入力光の各々の位相を変調する位相変調部と、前記複数の光導波路の各々に対応して配置された複数の回折格子を含むと共に位相が変調された前記入力光を放射光として放射する回折格子アレイと、を含むものである。   In order to achieve the above object, an optical phased array according to claim 1 is provided with a distribution unit that inputs output light from a laser light source as input light from an input end and distributes the output light to a plurality of output ends from a plurality of output ends. A plurality of optical waveguides connected to each of the plurality of output ends and extended in a predetermined direction; and a plurality of heating elements for applying heat to each of the plurality of optical waveguides. A phase modulator that modulates the phase of each of the input light propagating through the light source, and a plurality of diffraction gratings arranged corresponding to each of the plurality of optical waveguides, and emitting the input light whose phase is modulated And a diffraction grating array that radiates as:

また、請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、前記複数の加熱素子の各々は、前記複数の光導波路の配列順序に比例した熱を発生するものである。   According to a second aspect of the invention, in the first aspect of the invention, each of the plurality of heating elements generates heat proportional to the arrangement order of the plurality of optical waveguides.

また、請求項3に記載の発明は、請求項1又は請求項2に記載の発明において、前記複数の加熱素子の各々は、前記所定の方向の長さが前記複数の光導波路の配列順序に比例すると共に前記複数の光導波路の各々の近傍に設けられた個別電極を備え、前記位相変調部は、複数の前記個別電極が互いに直列に接続された電極領域、及び前記電極領域の両端に接続されると共に電源が印加される電極対をさらに備えるものである。   The invention according to claim 3 is the invention according to claim 1 or 2, wherein each of the plurality of heating elements has a length in the predetermined direction in an arrangement order of the plurality of optical waveguides. Proportionally and provided with individual electrodes provided in the vicinity of each of the plurality of optical waveguides, the phase modulation section is connected to an electrode region in which the plurality of individual electrodes are connected in series to each other, and to both ends of the electrode region And an electrode pair to which power is applied.

また、請求項4に記載の発明は、請求項1又は請求項2に記載の発明において、前記複数の加熱素子の各々は、前記所定の方向の長さが前記複数の光導波路の配列順序に反比例すると共に前記複数の光導波路の各々の近傍に設けられた個別電極を備え、前記位相変調部は、複数の前記個別電極の前記所定の方向と交差する方向の辺同士が互いに接続された電極領域、及び前記電極領域の両端に接続されると共に電源が印加される電極対をさらに備えるものである。   The invention according to claim 4 is the invention according to claim 1 or 2, wherein each of the plurality of heating elements has a length in the predetermined direction in an arrangement order of the plurality of optical waveguides. Inversely proportional and provided with individual electrodes provided in the vicinity of each of the plurality of optical waveguides, the phase modulation unit is an electrode in which sides of the plurality of individual electrodes in a direction intersecting the predetermined direction are connected to each other And an electrode pair connected to both ends of the electrode region and to which power is applied.

また、請求項5に記載の発明は、請求項4に記載の発明において、前記電極領域は、一端が同じ位置で接続されると共に他端が前記複数の光導波路の配列順序に反比例する長さとなる曲線を描くようにして複数の前記個別電極が接続されて構成されたものである。   According to a fifth aspect of the invention, in the invention of the fourth aspect, the electrode region has one end connected at the same position and the other end having a length inversely proportional to the arrangement order of the plurality of optical waveguides. A plurality of the individual electrodes are connected so as to draw a curved line.

また、請求項6に記載の発明は、請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載の発明において、前記レーザ光源は、波長可変光源であるものである。   The invention according to claim 6 is the invention according to any one of claims 1 to 5, wherein the laser light source is a wavelength variable light source.

また、請求項7に記載の発明は、請求項1〜請求項6のいずれか1項に記載の発明において、前記レーザ光源は、一方の端面が第1の反射面とされ他方の端面から光を出力する光増幅器、前記光増幅器に接続された光フィルタ、及び前記光フィルタに接続されると共に第2の反射面として機能する開放端を有するアウトカプラを含み、前記第1の反射面と前記第2の反射面とによりファブリペロー共振器が構成され、前記ファブリペロー共振器と前記光フィルタによって選択された波長の光を前記アウトカプラから前記出力光として出力する狭線幅波長光源であるものである。   According to a seventh aspect of the present invention, in the invention according to any one of the first to sixth aspects, the laser light source is configured such that one end surface is a first reflecting surface and light is emitted from the other end surface. And an optical filter connected to the optical amplifier, and an outcoupler connected to the optical filter and having an open end that functions as a second reflective surface, the first reflective surface and the A narrow-line-wavelength light source configured to output a light having a wavelength selected by the Fabry-Perot resonator and the optical filter as the output light from the out-coupler. It is.

また、請求項8に記載の発明は、請求項1〜請求項7のいずれか1項に記載の発明において、前記放射光の一部を参照光として受光すると共に受光面上の前記参照光の位置を検出するための位置信号を出力する受光部と、前記位置信号と前記参照光の目標位置とを比較して誤差信号を生成する検出部と、前記誤差信号に基づいて前記複数の加熱素子が発生する熱量を制御する制御信号を生成する駆動部と、をさらに含むものである。   The invention according to claim 8 is the invention according to any one of claims 1 to 7, wherein a part of the emitted light is received as reference light and the reference light on the light receiving surface is received. A light receiving unit that outputs a position signal for detecting a position, a detection unit that compares the position signal with a target position of the reference light to generate an error signal, and the plurality of heating elements based on the error signal And a drive unit that generates a control signal for controlling the amount of heat generated.

また、請求項9に記載の発明は、請求項8に記載の発明において、前記複数の光導波路の各々は、光を導波するコア及びコアを覆うクラッドを備え、前記複数の回折格子の各々は、前記コアを複数に分割した分割コア領域を含み、前記参照光は、前記分割コア領域において前記放射光が放射される方向とは反対の方向に放射されるものである。   The invention according to claim 9 is the invention according to claim 8, wherein each of the plurality of optical waveguides includes a core for guiding light and a clad covering the core, and each of the plurality of diffraction gratings. Includes a divided core region obtained by dividing the core into a plurality of portions, and the reference light is emitted in a direction opposite to the direction in which the emitted light is emitted in the divided core region.

また、請求項10に記載の発明は、請求項9に記載の発明において、前記複数の回折格子の各々は、前記放射光の光量と前記参照光の光量との比率を調整する調整部を前記分割コア領域に沿って前記クラッドの内部に備えるものである。   The invention according to claim 10 is the invention according to claim 9, wherein each of the plurality of diffraction gratings includes an adjustment unit that adjusts a ratio between the amount of the emitted light and the amount of the reference light. It is provided inside the cladding along the split core region.

また、請求項11に記載の発明は、請求項9又は請求項10に記載の発明において、前記複数の回折格子の各々は、前記分割コア領域と前記受光部との間に前記参照光を反射させる反射部を備えるものである。   The invention according to claim 11 is the invention according to claim 9 or 10, wherein each of the plurality of diffraction gratings reflects the reference light between the divided core region and the light receiving unit. The reflection part to be made is provided.

上記目的を達成するために、請求項12に記載の光アンテナは、アレイ状に配置された、複数の請求項1〜請求項7のいずれか1項に記載の光フェーズドアレイと、複数の前記光フェーズドアレイの各々の前記入力端に接続された複数の第2光導波路、及び前記複数の第2光導波路の各々に熱を付与する複数の第2加熱素子を備え、前記複数の第2光導波路を伝播する光の各々の位相を変調する第2位相変調部と、前記複数の第2光導波路を束ねて前記レーザ光源からの出力光を入力する第2入力端に接続する複数のY分岐と、を含むものである。   In order to achieve the above object, an optical antenna according to claim 12 includes a plurality of optical phased arrays according to any one of claims 1 to 7 and a plurality of the optical phased arrays arranged in an array. A plurality of second optical waveguides connected to the input ends of each of the optical phased arrays; and a plurality of second heating elements for applying heat to each of the plurality of second optical waveguides; A plurality of Y branches connected to a second input terminal for bundling the plurality of second optical waveguides and inputting output light from the laser light source; and a second phase modulation unit that modulates each phase of light propagating through the waveguide And.

また、請求項13に記載の発明は、請求項12に記載の発明において、前記放射光の一部を参照光として受光すると共に受光面上の前記参照光の位置を検出するための位置信号を出力する受光部と、前記位置信号と前記参照光の目標位置とを比較して誤差信号を生成する検出部と、前記誤差信号に基づいて前記複数の加熱素子が発生する熱量を制御する制御信号を生成する駆動部と、をさらに含むものである。   According to a thirteenth aspect of the invention, in the invention of the twelfth aspect, a position signal for receiving a part of the radiated light as a reference light and detecting a position of the reference light on a light receiving surface is provided. A light receiving unit that outputs, a detection unit that generates an error signal by comparing the position signal and a target position of the reference light, and a control signal that controls the amount of heat generated by the plurality of heating elements based on the error signal And a drive unit that generates

本発明によれば、環境の変化に対する偏向角の変動が抑制され、偏向角が安定して線形に変化する光フェーズドアレイ、及び光アンテナを提供することができるという効果を奏する。   According to the present invention, it is possible to provide an optical phased array and an optical antenna in which fluctuation of the deflection angle with respect to environmental changes is suppressed, and the deflection angle is stably and linearly changed.

第1の実施の形態に係る光フェーズドアレイの構成の一例を示す平面図である。It is a top view which shows an example of a structure of the optical phased array which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施の形態に係る光フェーズドアレイにおける位相変調部の電極構造を説明する図である。It is a figure explaining the electrode structure of the phase modulation part in the optical phased array which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施の形態に係る光フェーズドアレイの入力光の位相変化による出力光の波面の方向の変化を説明する図である。It is a figure explaining the change of the direction of the wave front of output light by the phase change of the input light of the optical phased array which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施の形態に係る光フェーズドアレイにおける出力光の方向の変化を説明する図である。It is a figure explaining the change of the direction of the output light in the optical phased array which concerns on 1st Embodiment. 第2の実施の形態に係る光フェーズドアレイの構成の一例を示す平面図である。It is a top view which shows an example of a structure of the optical phased array which concerns on 2nd Embodiment. 第2の実施の形態に係る光フェーズドアレイにおける位相変調部の電極構造を説明する図である。It is a figure explaining the electrode structure of the phase modulation part in the optical phased array which concerns on 2nd Embodiment. 第3の実施の形態に係る2次元光フェーズドアレイの構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a structure of the two-dimensional optical phased array which concerns on 3rd Embodiment. 第4の実施の形態に係る光アンテナの構成の一例を示す平面図である。It is a top view which shows an example of a structure of the optical antenna which concerns on 4th Embodiment. 第5の実施の形態に係る光フェーズドアレイの構成の一例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows an example of a structure of the optical phased array which concerns on 5th Embodiment. 実施の形態に係る光フェーズドアレイを構成する回折格子の構成の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of a structure of the diffraction grating which comprises the optical phased array which concerns on embodiment. 実施の形態に係る光フェーズドアレイを構成する回折格子の構成の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of a structure of the diffraction grating which comprises the optical phased array which concerns on embodiment. 実施の形態に係る光フェーズドアレイを構成する回折格子の投光光、及び参照光の方向を説明する図である。It is a figure explaining the direction of the projection light of the diffraction grating which comprises the optical phased array which concerns on embodiment, and a reference light. 第5の実施の形態に係る光フェーズドアレイの位相変調部における位相制御と出力光の波面の方向との関係を説明する図である。It is a figure explaining the relationship between the phase control in the phase modulation part of the optical phased array which concerns on 5th Embodiment, and the direction of the wave front of output light. 第5の実施の形態に係る光フェーズドアレイを用いたレーザレーダの投光光の方向を説明する図である。It is a figure explaining the direction of the projection light of the laser radar using the optical phased array which concerns on 5th Embodiment. 第6の実施の形態に係る光アンテナの構成の一例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows an example of a structure of the optical antenna which concerns on 6th Embodiment.

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。なお、以下の説明では、単一の回折格子アレイを用いて出力光の波面の方向を1次元的に制御する光モジュールを「光フェーズドアレイ」と称し、面状に配列された複数の光フェーズドアレイを用いて出力光の波面の方向を2次元的に制御する光モジュールを「光アンテナ」と称している。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following description, an optical module that uses a single diffraction grating array to control the wavefront direction of output light in a one-dimensional manner is referred to as an “optical phased array”, and a plurality of optical phased arrays arranged in a planar shape. An optical module that uses an array to two-dimensionally control the direction of the wavefront of output light is referred to as an “optical antenna”.

[第1の実施の形態]
図1ないし図4を参照して、本実施の形態に係る光フェーズドアレイについて説明する。図1に示すように、本実施の形態に係る光フェーズドアレイ50は、回折格子アレイ52、位相変調部54、MMI(Multimode Interference:多モード干渉)カプラ56、及び入力用の導波路58を含んで構成されている。
[First Embodiment]
With reference to FIG. 1 thru | or FIG. 4, the optical phased array which concerns on this Embodiment is demonstrated. As shown in FIG. 1, an optical phased array 50 according to the present embodiment includes a diffraction grating array 52, a phase modulator 54, an MMI (Multimode Interference) coupler 56, and an input waveguide 58. It consists of

導波路58から入力された入力光Pinは、MMIカプラ56(分配部)により複数(図1では、8本の場合を例示している)に分岐され、分岐された各々の光は位相変調部54で位相変調を施される。位相変調部54において位相変調された入力光Pinは、8本の出力用の導波路64−1ないし64−8を介して、回折格子アレイ52に入力される。   The input light Pin input from the waveguide 58 is branched into a plurality (in FIG. 1 exemplifies eight cases) by the MMI coupler 56 (distribution section), and each of the branched lights is a phase modulation section. At 54, phase modulation is performed. The input light Pin phase-modulated by the phase modulator 54 is input to the diffraction grating array 52 via the eight output waveguides 64-1 to 64-8.

位相変調部54は、8本の導波路64−1〜64−8、及び電極部60を備えている。電極部60は、パッド62−1及び62−2(電極対)、パッド62−1及び62−2の各々に接続された引出配線61−1及び61−2、引出配線61−1と61−2との間に配線で接続された個別電極66−1〜66−8(加熱素子)を備えている。本実施の形態に係る個別電極66−1〜66−8は、図1に示すように直列に接続されている。この直列に接続された個別電極を「電極領域」ということにする。   The phase modulation unit 54 includes eight waveguides 64-1 to 64-8 and an electrode unit 60. The electrode section 60 includes pads 62-1 and 62-2 (electrode pairs), lead wires 61-1 and 61-2 connected to the pads 62-1 and 62-2, and lead wires 61-1 and 61-, respectively. 2, individual electrodes 66-1 to 66-8 (heating elements) connected by wiring. The individual electrodes 66-1 to 66-8 according to the present embodiment are connected in series as shown in FIG. The individual electrodes connected in series are referred to as “electrode regions”.

本実施の形態に係る位相変調部54は、物質の温度を上げると屈折率が変化する熱光学効果を用いた位相変調器である。すなわち、導波路64−1〜64−8の各々の上部にはヒータとして機能する個別電極66−1〜66−8(以下、総称する場合は、「個別電極66」)が配置されている。パッド62−1と62−2との間に電源を接続し、個別電極66−1〜66−8に電流を流すことによって発熱させ、導波路64−1〜64−8の各々を加熱させる。そして、個別電極66−1〜66−8から付与された熱により導波路64−1〜64−8の屈折率を変化させ、導波路64−1〜64−8の各々を透過する入力光Pinの位相を変化させている。   The phase modulation unit 54 according to the present embodiment is a phase modulator that uses a thermo-optic effect in which the refractive index changes when the temperature of the substance is raised. That is, individual electrodes 66-1 to 66-8 (hereinafter, collectively referred to as “individual electrodes 66”) functioning as heaters are disposed on the respective upper portions of the waveguides 64-1 to 64-8. A power source is connected between the pads 62-1 and 62-2, and current is passed through the individual electrodes 66-1 to 66-8 to generate heat, thereby heating the waveguides 64-1 to 64-8. The refractive index of the waveguides 64-1 to 64-8 is changed by the heat applied from the individual electrodes 66-1 to 66-8, and the input light Pin transmitted through each of the waveguides 64-1 to 64-8. The phase of is changed.

回折格子アレイ52は、導波路64−1ないし64−8の各々に対応して設けられた回折格子を備え、位相変調部54で位相を変えられた8つの入力光Pinを外部に向け出力光(放射光)Poutとして放射する。回折格子アレイの52の詳細については後述する。   The diffraction grating array 52 includes a diffraction grating provided corresponding to each of the waveguides 64-1 to 64-8, and outputs eight input light Pins whose phases are changed by the phase modulation unit 54 to the outside. (Radiated light) Radiated as Pout. Details of the diffraction grating array 52 will be described later.

図2を参照して、本実施の形態に係る電極部60の個別電極66−1〜66−8について、より詳細に説明する。個別電極66−1〜66−8の各々の抵抗値Ri(i=1〜8)は、以下のように設定されている。すなわち、個別電極66−1〜66−8の各々の長さをL1〜L8とし、各々の抵抗値をR1〜R8とする。本実施の形態では、長さLiがiに比例する(つまり、個別電極66が導波路の配列順序に応じて順次長くなる)ように設定されている。つまり、比例定数をaとすると、Liは以下に示す(式1)で表わされる。
With reference to FIG. 2, the individual electrodes 66-1 to 66-8 of the electrode unit 60 according to the present embodiment will be described in more detail. The resistance values Ri (i = 1 to 8) of the individual electrodes 66-1 to 66-8 are set as follows. That is, the length of each of the individual electrodes 66-1 to 66-8 is L1 to L8, and the respective resistance values are R1 to R8. In the present embodiment, the length Li is set so as to be proportional to i (that is, the individual electrodes 66 are sequentially lengthened according to the arrangement order of the waveguides). That is, when the proportionality constant is a, Li is expressed by the following (formula 1).

このとき、個別電極66−1〜66−8(i=1〜8)の各々の抵抗値Ri(i=1〜8)は、以下に示す(式2)で表わされる。

ただし、ρは個別電極66を形成する材料(例えば、金、アルミニウム等)の抵抗率であり、Sは個別電極66のY−Z平面方向の断面積である。本実施の形態では個別電極66のZ方向の厚さを一定としているので、Sは定数である。
At this time, the resistance values Ri (i = 1 to 8) of the individual electrodes 66-1 to 66-8 (i = 1 to 8) are expressed by the following (formula 2).

However, (rho) is the resistivity of the material (for example, gold | metal | money, aluminum, etc.) which forms the individual electrode 66, S is the cross-sectional area of the YZ plane direction of the individual electrode 66. In the present embodiment, since the thickness of the individual electrode 66 in the Z direction is constant, S is a constant.

個別電極66−1〜66−8に流れる電流は同じであるからこれをI(一定)とし、個別電極66−1〜66−8の各々における発熱量をPi(i=1〜8)とすると、発熱量Piは以下に示す(式3)で表わされる。

つまり、発熱量Piは個別電極66の位置i(=1〜8)に比例するので、発熱量Piも個別電極66の位置に比例して大きくなる。そこで、Pi=c1・i(c1は比例定数)とおく。
Since the currents flowing through the individual electrodes 66-1 to 66-8 are the same, this is assumed to be I (constant), and the amount of heat generated in each of the individual electrodes 66-1 to 66-8 is Pi (i = 1 to 8). The calorific value Pi is expressed by the following (formula 3).

That is, since the heat generation amount Pi is proportional to the position i (= 1 to 8) of the individual electrode 66, the heat generation amount Pi also increases in proportion to the position of the individual electrode 66. Therefore, Pi = c1 · i (c1 is a proportional constant) is set.

個別電極66−1〜66−8が配置された導波路64−1〜64−8の各々における入力光Pinの位相と所定の基準位相との位相変化量をΔφ1〜Δφ8(以下、総称する場合は、「位相変化量Δφ」)とすると、位相変化量Δφ1〜Δφ8は発熱量Piに比例するので、Δφi=c2・Pi(i=1〜8、c2は比例定数)と表わせる。上記式Pi=c1・iを代入して、Δφi=c1・c2・iと表わせ、位相変化量Δφiが位置iに比例することが分かる。   A phase change amount between the phase of the input light Pin and the predetermined reference phase in each of the waveguides 64-1 to 64-8 in which the individual electrodes 66-1 to 66-8 are arranged is represented by Δφ1 to Δφ8 (hereinafter collectively referred to as “general name”). (Phase change amount Δφ)), the phase change amounts Δφ1 to Δφ8 are proportional to the heat generation amount Pi, and can be expressed as Δφi = c2 · Pi (i = 1 to 8, where c2 is a proportional constant). Substituting the above equation Pi = c1 · i and expressing it as Δφi = c1 · c2 · i, it can be seen that the phase change amount Δφi is proportional to the position i.

すなわち、本実施の形態に係る光フェーズドアレイ50によれば、複数の出力を有する位相変調部54において、複数の出力の各位置に比例した位相変化量Δφが容易に得られることがわかる。   That is, according to the optical phased array 50 according to the present embodiment, in the phase modulation unit 54 having a plurality of outputs, the phase change amount Δφ proportional to each position of the plurality of outputs can be easily obtained.

次に、図3を参照して、光フェーズドアレイ50における位相変化量Δφと出力光Poutの方向との関係について説明する。図3(a)は、電流Iが大きい場合の個別電極66による位相変化量Δφa1〜Δφa8と出力光Poutの伝播方向との関係を示す図であり、図3(b)は、電流Iが小さい場合の個別電極66による位相変化量Δφb1〜Δφb8と出力光Poutの波面の方向との関係を示す図でる。   Next, the relationship between the phase change amount Δφ in the optical phased array 50 and the direction of the output light Pout will be described with reference to FIG. FIG. 3A is a diagram showing the relationship between the phase change amounts Δφa1 to Δφa8 caused by the individual electrodes 66 when the current I is large and the propagation direction of the output light Pout, and FIG. It is a figure which shows the relationship between phase change amount (DELTA) phib1- (DELTA) phib8 by the individual electrode 66, and the direction of the wave front of output light Pout in the case.

図3(a)に示すように、電流Iを所定値で一定とすると、上述したように位相変化量Δφは、位置iに比例するので、導波路64−1〜64−8の各々から出射された光の位相は直線状に(線形に)変化する。そのため、導波路64−1〜64−8の各々から出射された光の等しい位相をつないだ波面は直線となり、波面Wa1、Wa2、Wa3として順次放射される。この波面の進行方向が出力光Poutの伝播方向Daである。   As shown in FIG. 3A, when the current I is constant at a predetermined value, the phase change amount Δφ is proportional to the position i as described above, and thus is emitted from each of the waveguides 64-1 to 64-8. The phase of the emitted light changes linearly (linearly). For this reason, the wavefronts of the light emitted from each of the waveguides 64-1 to 64-8 having the same phase are straight lines and are sequentially emitted as wavefronts Wa1, Wa2, and Wa3. The traveling direction of this wavefront is the propagation direction Da of the output light Pout.

次に、電流Iを所定値から小さくすると、図3(b)に示すように、導波路64−1〜64−8の各々から出射された光の等しい位相をつないだ波面は、波面Wb1、Wb2、Wb3として順次放射され、この波面の進行方向が出力光Poutの伝播方向Dbとなる。位相変化量Δφが電流Iの2乗に比例することから、波面Wb1、Wb2、Wb3の水平方向から測った傾きは、波面Wa1、Wa2、Wa3の傾きより急になり、伝播方向Dbの傾きは伝播方向Daの傾きより緩やかになる。   Next, when the current I is reduced from a predetermined value, as shown in FIG. 3B, the wavefronts connecting the same phases of the light emitted from each of the waveguides 64-1 to 64-8 are represented by wavefronts Wb1, Wb2 and Wb3 are sequentially emitted, and the traveling direction of the wavefront becomes the propagation direction Db of the output light Pout. Since the phase change amount Δφ is proportional to the square of the current I, the inclinations measured from the horizontal direction of the wavefronts Wb1, Wb2, and Wb3 are steeper than the inclinations of the wavefronts Wa1, Wa2, and Wa3, and the inclination of the propagation direction Db is It becomes gentler than the inclination of the propagation direction Da.

すなわち、本実施の形態に係る光フェーズドアレイによれば、複数の出力を有する位相変調部54において、複数の出力の各位置に比例した位相変化量Δφが容易に得られるので、電極部60に流す電流によって位相変化量Δφの値を変え、容易に出力光Poutの伝播方向を変えることが可能となっている。   That is, according to the optical phased array according to the present embodiment, the phase modulation unit 54 having a plurality of outputs can easily obtain the phase change amount Δφ proportional to each position of the plurality of outputs. It is possible to change the propagation direction of the output light Pout easily by changing the value of the phase change amount Δφ according to the current to flow.

次に、図4を参照して、光フェーズドアレイ50における出力光Poutの掃引について説明する。図4(a)は、上記の光フェーズドアレイ50の平面図を、図4(b)は、X方向から見た光フェーズドアレイ50の側面図を、図4(c)は、Y方向から見た光フェーズドアレイ50の側面図を、各々示している。   Next, the sweeping of the output light Pout in the optical phased array 50 will be described with reference to FIG. 4A is a plan view of the optical phased array 50, FIG. 4B is a side view of the optical phased array 50 viewed from the X direction, and FIG. 4C is a view viewed from the Y direction. Side views of the optical phased array 50 are shown.

図4(b)は、上述した位相変化量Δφによる出力光Poutの伝播方向の変化を表わしている。図4(b)に示すように、位相変化量Δφを電流Iによって変化させると、出力光Poutの伝播方向DyはY軸方向に角度範囲Syで変化する。すなわち、電極部60に流す電流Iによって、出力光Poutの伝播方向をY軸方向に掃引できることがわかる。   FIG. 4B shows a change in the propagation direction of the output light Pout due to the above-described phase change amount Δφ. As shown in FIG. 4B, when the phase change amount Δφ is changed by the current I, the propagation direction Dy of the output light Pout changes within the angle range Sy in the Y-axis direction. That is, it can be seen that the propagation direction of the output light Pout can be swept in the Y-axis direction by the current I flowing through the electrode portion 60.

一方、図4(c)は、入力光Pinの波長を変えた場合の、出力光Poutの伝播方向の変化を表わしている。図4(c)に示すように、入力光Pinの波長を変化させると、出力光Poutの伝播方向DxはX軸方向に角度範囲Sxで変化する。すなわち、入力光Pinの波長によって、出力光Poutの伝播方向をX軸方向に掃引できることがわかる。   On the other hand, FIG. 4C shows a change in the propagation direction of the output light Pout when the wavelength of the input light Pin is changed. As shown in FIG. 4C, when the wavelength of the input light Pin is changed, the propagation direction Dx of the output light Pout changes within the angle range Sx in the X-axis direction. That is, it can be seen that the propagation direction of the output light Pout can be swept in the X-axis direction depending on the wavelength of the input light Pin.

以上詳述したように、本実施の形態に係る光フェーズドアレイによれば、位相変化量を個別にかつ線形に変化させる個別電極を配置した位相変調部を用いているので、環境の変化に対する偏向角の変動が抑制され、偏向角が安定して線形に変化する光フェーズドアレイを提供することができる。   As described above in detail, according to the optical phased array according to the present embodiment, since the phase modulation unit in which the individual electrodes for changing the phase change amount individually and linearly are used, the deflection with respect to the environmental change is performed. It is possible to provide an optical phased array in which the variation of the angle is suppressed and the deflection angle is stably and linearly changed.

[第2の実施の形態]
図5及び図6を参照して、本実施の形態に係る光フェーズドアレイ80について説明する。光フェーズドアレイ80は、上記の光フェーズドアレイ50における位相変調部54の電極の形状を変えた形態である。従って、位相変調部以外の構成は光フェーズドアレイ50と同様なので、同様の構成には同じ符号を付して詳細な説明を省略する。
[Second Embodiment]
The optical phased array 80 according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. The optical phased array 80 has a configuration in which the shape of the electrode of the phase modulation unit 54 in the optical phased array 50 is changed. Therefore, since the configuration other than the phase modulation unit is the same as that of the optical phased array 50, the same components are denoted by the same reference numerals and detailed description thereof is omitted.

図5に示すように、本実施の形態に係る光フェーズドアレイ80は、回折格子アレイ52、位相変調部90、MMIカプラ56、及び入力用の導波路58を含んで構成されている。位相変調部90は、8本の導波路64−1〜64−8、及び電極部92を備えている。電極部92は、パッド82−1及び82−2、パッド82−1及び82−2の各々に接続された引出配線84−1及び84−2、引出配線84−1と84−2との間に配線で接続された個別電極86−1〜86−8(以下、総称する場合は、「個別電極86」)を備えている。本実施の形態に係る個別電極86−1〜86−8は、Y方向の辺が相互に接続されている。このY方向の辺が接続された個別電極86−1〜86−8を「電極領域」ということにする。   As shown in FIG. 5, the optical phased array 80 according to the present embodiment includes a diffraction grating array 52, a phase modulator 90, an MMI coupler 56, and an input waveguide 58. The phase modulation unit 90 includes eight waveguides 64-1 to 64-8 and an electrode unit 92. The electrode portion 92 includes pads 82-1 and 82-2, lead wires 84-1 and 84-2 connected to the pads 82-1 and 82-2, and lead wires 84-1 and 84-2. And individual electrodes 86-1 to 86-8 (hereinafter collectively referred to as “individual electrodes 86”) connected to each other by wiring. The individual electrodes 86-1 to 86-8 according to the present embodiment are connected to each other in the Y direction. The individual electrodes 86-1 to 86-8 to which the sides in the Y direction are connected are referred to as “electrode regions”.

図6を参照して、本実施の形態に係る電極部92について、より詳細に説明する。図6の各図は、電極部92のうち個別電極86の部分を抜き出して表わした図である。電極部92では、パッド82−1と82−2との間に電源を接続し、電流Iを図6(a)に示す方向に流している。   With reference to FIG. 6, the electrode part 92 which concerns on this Embodiment is demonstrated in detail. Each drawing of FIG. 6 is a diagram in which an individual electrode 86 portion is extracted from the electrode portion 92. In the electrode portion 92, a power source is connected between the pads 82-1 and 82-2, and a current I is passed in the direction shown in FIG.

次に、電流Iと個別電極86−1〜86−8の位置との関係について説明する。いま、個別電極86−1〜86−8の各々の長さをx1〜x8とし、長さxi(i=1〜8)が、位置iに応じて以下に示す(式4)に従って変化するものとする。

ただし、bは比例定数である。
Next, the relationship between the current I and the positions of the individual electrodes 86-1 to 86-8 will be described. Now, the length of each of the individual electrodes 86-1 to 86-8 is x1 to x8, and the length xi (i = 1 to 8) varies according to the following formula (4) according to the position i. And

However, b is a proportionality constant.

このとき、個別電極86−1〜86−8の各々の抵抗値Ri(i=1〜8)は、以下に示す(式5)で表わされる。

ただし、ρは個別電極86の抵抗率であり、dは個別電極86のY方向の長さであり、tは、個別電極86のZ方向の厚さである。
At this time, the resistance values Ri (i = 1 to 8) of the individual electrodes 86-1 to 86-8 are expressed by the following (formula 5).

Here, ρ is the resistivity of the individual electrode 86, d is the length of the individual electrode 86 in the Y direction, and t is the thickness of the individual electrode 86 in the Z direction.

すると、個別電極86−1〜86−8の各々に対応する位相変化量Δφi(i=1〜8)は、αを比例定数として、以下に示す(式6)で表わされる。
Then, the phase change amount Δφi (i = 1 to 8) corresponding to each of the individual electrodes 86-1 to 86-8 is expressed by the following (formula 6), where α is a proportional constant.

すなわち、本実施の形態に係る位相変調部90では、位相変化量Δφが、位置iに比例し、電流の2乗に比例している。従って、本実施の形態に係る光フェーズドアレイ80によっても、複数の出力を有する位相変調部90において、複数の出力の各位置に比例した位相変化量Δφが容易に得られるので、電極部92に流す電流Iによって位相変化量Δφの値を変え、容易に出力光Poutの伝播方向を変えることが可能となっている。   That is, in the phase modulation unit 90 according to the present embodiment, the phase change amount Δφ is proportional to the position i and proportional to the square of the current. Therefore, also in the optical phased array 80 according to the present embodiment, in the phase modulation unit 90 having a plurality of outputs, the phase change amount Δφ proportional to each position of the plurality of outputs can be easily obtained. It is possible to change the propagation direction of the output light Pout easily by changing the value of the phase change amount Δφ according to the current I flowing.

なお、本実施の形態では、個別電極86による電極領域の形状を階段状にした形態を例示して説明したが、これに限られない。例えば、図6(c)に示すようにX方向の長さが、−Y方向の位置に反比例するようにして滑らかな形状を有する電極領域としてもよい。
このように、電極領域を滑らかな形状とした方が、位相変調部の製造の観点からも好ましい。
In the present embodiment, an example in which the shape of the electrode region of the individual electrode 86 is stepped has been described, but the present invention is not limited to this. For example, as shown in FIG. 6C, the electrode region may have a smooth shape such that the length in the X direction is inversely proportional to the position in the -Y direction.
Thus, it is preferable that the electrode region has a smooth shape also from the viewpoint of manufacturing the phase modulation section.

[第3の実施の形態]
図7を参照して、本実施の形態に係る2次元走査型の2次元光フェーズドアレイ200について説明する。2次元光フェーズドアレイ200は、上記の光フェーズドアレイ50に、光源を集積化した形態である。
[Third Embodiment]
With reference to FIG. 7, a two-dimensional scanning two-dimensional optical phased array 200 according to the present embodiment will be described. The two-dimensional optical phased array 200 has a form in which a light source is integrated in the optical phased array 50 described above.

図7に示すように、2次元光フェーズドアレイ200は、光源250、及び光源250に導波路216を介して接続された光フェーズドアレイ50を含んで構成されている。   As shown in FIG. 7, the two-dimensional optical phased array 200 includes a light source 250 and an optical phased array 50 connected to the light source 250 via a waveguide 216.

本実施の形態に係る光源250は、SOA(Semiconductor Optical Amplifier:半導体光増幅器)202、光フィルタ204、206、及びアウトカプラ208を含んで構成され、SOA202、光フィルタ204、206、及びアウトカプラ208の各々は、導波路210、212、214によって接続されている。   The light source 250 according to the present embodiment includes an SOA (Semiconductor Optical Amplifier) 202, optical filters 204 and 206, and an out coupler 208. The SOA 202, the optical filters 204 and 206, and the out coupler 208 are included. Are connected by waveguides 210, 212, 214.

SOA202は、注入電流によって波長を変化させることが可能である。光フィルタ204、206は、リング導波路による共振器を用いた光フィルタであり、共振器の共振周波数に一致した周波数(波長)の光が透過される。アウトカプラ208は、2つのループミラーを方向性結合器により結合させた構造を有するカプラであり、方向性結合器の部分が入射された光を反射する反射面M2の機能を有している。なお、本実施の形態では2つの光フィルタを用いる形態を例示して説明したが、これに限られず、1つ用いる形態、あるいは3つ以上用いる形態としてもよい。   The SOA 202 can change the wavelength by an injection current. Each of the optical filters 204 and 206 is an optical filter using a ring waveguide resonator, and transmits light having a frequency (wavelength) that matches the resonance frequency of the resonator. The out coupler 208 is a coupler having a structure in which two loop mirrors are coupled by a directional coupler, and a portion of the directional coupler has a function of a reflecting surface M2 that reflects incident light. In the present embodiment, the form using two optical filters has been described as an example. However, the present invention is not limited to this. One form may be used, or three or more forms may be used.

以上の構成を有する光源250は、狭線幅波長光源として機能する。すなわち、SOA202の出力側の端面とは反対側の端面が光を反射する反射面M1とされ、この反射面M1と上記の反射面M2とによってファブリペロー共振器が構成されている。そして、該ファブリペロー共振器と光フィルタ204、206によって選択された波長の光がアウトカプラ208から出力される。   The light source 250 having the above configuration functions as a narrow linewidth wavelength light source. That is, the end surface opposite to the output-side end surface of the SOA 202 is a reflecting surface M1 that reflects light, and the reflecting surface M1 and the reflecting surface M2 constitute a Fabry-Perot resonator. Then, light having a wavelength selected by the Fabry-Perot resonator and the optical filters 204 and 206 is output from the out coupler 208.

上記の構成を有する2次元光フェーズドアレイ200は、パッド62−1と62−2との間に流す電流Iを変化させることによってY方向の掃引が可能となっており、SOA202の波長を変化させることによってX方向の掃引が可能となっている。   The two-dimensional optical phased array 200 having the above configuration can sweep in the Y direction by changing the current I flowing between the pads 62-1 and 62-2, and changes the wavelength of the SOA 202. As a result, sweeping in the X direction is possible.

[第4の実施の形態]
図8を参照して、本実施の形態に係る光アンテナ300について説明する。光アンテナ300は、上記の光フェーズドアレイ50を複数用いて構成した光アンテナである。
[Fourth Embodiment]
With reference to FIG. 8, an optical antenna 300 according to the present embodiment will be described. The optical antenna 300 is an optical antenna configured by using a plurality of the optical phased arrays 50 described above.

図8に示すように、光アンテナ300は、4つの光フェーズドアレイ50を配置した光フェーズドアレイ50−1、50−2、50−3、50−4と、Y分岐302−1、302−2、302−3と、電極部330と、を含んで構成されている。なお、本実施の形態では、4つの光フェーズドアレイ50を用いた形態を例示して説明するが、光フェーズドアレイ50の数は4つに限られず、光アンテナ300の設計条件等に応じて必要な数だけ用いた形態としてよい。   As shown in FIG. 8, the optical antenna 300 includes optical phased arrays 50-1, 50-2, 50-3, 50-4 in which four optical phased arrays 50 are arranged, and Y branches 302-1 and 302-2. , 302-3 and the electrode part 330. In this embodiment, an example using four optical phased arrays 50 will be described as an example. However, the number of optical phased arrays 50 is not limited to four, and is necessary depending on the design conditions of the optical antenna 300 and the like. It is possible to adopt a form using as many as possible.

導波路310の一端から入力された入力光Pinは、Y分岐302−1で2分岐され、各々導波路312、314へと伝播する。2分岐された入力光Pinの一方はY分岐302−2でさらに2分岐され、各々導波路316、318へと伝播し、2分岐された入力光Pinの他方はY分岐302−3でさらに2分岐され、各々導波路320、322へと伝播する。   The input light Pin input from one end of the waveguide 310 is branched into two by the Y branch 302-1, and propagates to the waveguides 312, 314, respectively. One of the two-branched input light Pin is further branched into two by the Y-branch 302-2 and propagates to the waveguides 316 and 318, respectively, and the other of the two-branched input light Pin is further divided into two by the Y-branch 302-3. It is branched and propagates to the waveguides 320 and 322, respectively.

電極部330は、パッド304−1及び304−2、パッド304−1及び304−2の各々に接続された引出配線306−1及び306−2、引出配線306−1と306−2との間に配線で接続された個別電極308−1、308−2、308−3、308−4を備えている。   The electrode section 330 is provided between the pads 304-1 and 304-2, the lead wires 306-1 and 306-2 connected to the pads 304-1 and 304-2, and the lead wires 306-1 and 306-2, respectively. Are provided with individual electrodes 308-1, 308-2, 308-3, and 308-4 connected by wiring.

個別電極308−1、308−2、308−3、308−4は、各々導波路316、318、320、322の上部に配置されている。そして、パッド304−1と304−2との間に電流を流すことにより、個別電極308−1、308−2、308−3、308−4を発熱させ、各々導波路316、318、320、322の位相変化量Δφを変えることができる。すなわち、個別電極308−1、308−2、308−3、308−4の配置された領域が第2の位相変調器を構成している。   The individual electrodes 308-1, 308-2, 308-3, and 308-4 are disposed above the waveguides 316, 318, 320, and 322, respectively. Then, by causing a current to flow between the pads 304-1 and 304-2, the individual electrodes 308-1, 308-2, 308-3, and 308-4 generate heat, and the waveguides 316, 318, 320, The phase change amount Δφ of 322 can be changed. That is, the region where the individual electrodes 308-1, 308-2, 308-3, and 308-4 are arranged constitutes the second phase modulator.

上述したように、光フェーズドアレイ50−1、50−2、50−3、50−4では、位相変調部54(図1参照)に流す電流Ixによって、入力光PinをX方向に掃引することが可能である。従って、光フェーズドアレイ50−1、50−2、50−3、50−4の各々の位相変調部54に流す電流値を同じ値として出力光Pout1、Pout2、Pout3、Pout4の波面を固定した上で電極部330に流す電流Iyを変えると、出力光Pout1、Pout2、Pout3、Pout4の波面がY方向に掃引される。   As described above, in the optical phased arrays 50-1, 50-2, 50-3, and 50-4, the input light Pin is swept in the X direction by the current Ix that flows through the phase modulator 54 (see FIG. 1). Is possible. Therefore, the wavefronts of the output lights Pout1, Pout2, Pout3, and Pout4 are fixed with the same current value flowing through the phase modulators 54 of the optical phased arrays 50-1, 50-2, 50-3, and 50-4. When the current Iy flowing through the electrode unit 330 is changed, the wavefronts of the output lights Pout1, Pout2, Pout3, and Pout4 are swept in the Y direction.

本実施の形態に係る光アンテナ300では、この電流IyによるY方向の掃引に、電流IxによるX方向の掃引を組み合わせて、出力光Pout1、Pout2、Pout3、Pout4の波面を2次元的にスキャン(走査)することが可能となっている。   In the optical antenna 300 according to the present embodiment, the wavefront of the output light Pout1, Pout2, Pout3, Pout4 is two-dimensionally scanned by combining the sweep in the Y direction by the current Iy and the sweep in the X direction by the current Ix ( Scanning).

以上詳述したように、本実施の形態に係る光アンテナによれば、位相変化量を個別にかつ線形に変化させる個別電極を配置した位相変調部を用いているので、環境の変化に対する偏向角の変動が抑制され、偏向角が安定して線形に変化する光アンテナを提供することができる。   As described in detail above, according to the optical antenna according to the present embodiment, since the phase modulation unit in which the individual electrodes for changing the phase change amount individually and linearly are used, the deflection angle with respect to the change in the environment is used. Thus, it is possible to provide an optical antenna in which the fluctuation of the angle is suppressed and the deflection angle is stably and linearly changed.

[第5の実施の形態]
図9ないし図14を参照して、本実施の形態に係る光フェーズドアレイについて説明する。本実施の形態に係る光フェーズドアレイ10は、出力光の一部をセンサによりモニタし、位相変調部に負帰還させて温度等の環境変動による偏向角の変動をより抑制することが可能な形態である。
[Fifth Embodiment]
The optical phased array according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. The optical phased array 10 according to the present embodiment is a mode in which a part of output light is monitored by a sensor and negatively fed back to the phase modulation unit, so that fluctuations in deflection angle due to environmental fluctuations such as temperature can be further suppressed. It is.

図9に、光フェーズドアレイ10の構成の一例を表したブロック図を示す。図9に示すように、光フェーズドアレイ10は、レーザ光源20、光集積回路24、及び負帰還部26を含んで構成されている。   FIG. 9 is a block diagram showing an example of the configuration of the optical phased array 10. As shown in FIG. 9, the optical phased array 10 includes a laser light source 20, an optical integrated circuit 24, and a negative feedback unit 26.

レーザ光源20は、光フェーズドアレイ10からの出力光を生成するための生成源である。   The laser light source 20 is a generation source for generating output light from the optical phased array 10.

光集積回路24は、回折格子120−1〜120−8(以下、総称する場合は、「回折格子120」)、及び位相変調部12を集積化した光導波路素子である。8個の回折格子120の各々は導波路30の一端側に接続され、導波路30の他端側にはレーザ光源20の出力光が入力されている。なお、本実施の形態に係る光集積回路24では、回折格子120、位相変調部12を集積化する形態を例示して説明するが、これらに加え、レーザ光源20、さらには後述する負帰還部26も含めて集積化する形態としてもよい。   The optical integrated circuit 24 is an optical waveguide element in which diffraction gratings 120-1 to 120-8 (hereinafter collectively referred to as “diffraction grating 120”) and the phase modulation unit 12 are integrated. Each of the eight diffraction gratings 120 is connected to one end side of the waveguide 30, and the output light of the laser light source 20 is input to the other end side of the waveguide 30. In the optical integrated circuit 24 according to the present embodiment, an example in which the diffraction grating 120 and the phase modulation unit 12 are integrated will be described as an example, but in addition to these, the laser light source 20 and a negative feedback unit to be described later 26 may be integrated.

位相変調部12は、回折格子120の各々に接続された導波路30、及び導波路30の上部に設けられたヒータ28を備えている。位相変調部12は、後述する電流駆動回路18から流す電流Iによってヒータ28を発熱させて8本の導波路30を加熱し、屈折率を変化させる。   The phase modulation unit 12 includes a waveguide 30 connected to each of the diffraction gratings 120 and a heater 28 provided on the top of the waveguide 30. The phase modulation unit 12 heats the eight waveguides 30 by causing the heater 28 to generate heat by a current I flowing from a current driving circuit 18 described later, thereby changing the refractive index.

8本の導波路30の屈折率が変化することにより、回折格子120−1〜120−8の各々へ入射する光の位相が変化し、回折格子120−1〜120−8の各々から出力される光の方向が変わる。光フェーズドアレイ10では、このように回折格子120−1〜120−8の各々から出力される光の方向を変えることにより、光フェーズドアレイ10から出力される投光光LTの波面の方向を変化させることが可能なように構成されている。すなわち、ヒータ28に流す電流Iを制御することにより、8本の導波路30の各々に付与する熱を制御できるので、ヒータ28に流す電流により投光光LTの波面の方向を制御することができる。なお、図9では、煩雑化を避けるため1つのヒータ28で代表して表わしているが、実際には、導波路30の各々に個別のヒータが設けられている。   As the refractive index of the eight waveguides 30 changes, the phase of the light incident on each of the diffraction gratings 120-1 to 120-8 changes and is output from each of the diffraction gratings 120-1 to 120-8. The direction of light changes. In the optical phased array 10, the direction of the wavefront of the projection light LT output from the optical phased array 10 is changed by changing the direction of the light output from each of the diffraction gratings 120-1 to 120-8. It is comprised so that it can be made to do. That is, since the heat applied to each of the eight waveguides 30 can be controlled by controlling the current I flowing through the heater 28, the direction of the wavefront of the projection light LT can be controlled by the current flowing through the heater 28. it can. In FIG. 9, a single heater 28 is representatively represented to avoid complication, but actually, each of the waveguides 30 is provided with an individual heater.

本実施の形態に係る光フェーズドアレイ10では、後述するように、投光光LTが出射する方向とは反対の方向(裏面側)から参照光LRが出射するように構成されている。参照光LRは、負帰還信号を生成するためのモニタ光であり、PSD(Position Sensitive Detector:光位置センサ)14の受光面に光のスポットを形成する。参照光LRは、後述するように、回折格子120から出射される主たる光に対する副次的な光である。   As will be described later, the optical phased array 10 according to the present embodiment is configured such that the reference light LR is emitted from a direction (back side) opposite to the direction in which the projection light LT is emitted. The reference light LR is monitor light for generating a negative feedback signal, and forms a light spot on the light receiving surface of a PSD (Position Sensitive Detector). The reference light LR is secondary light to the main light emitted from the diffraction grating 120, as will be described later.

負帰還部26は、PSD14(受光部)、検出回路16(検出部)、及び電流駆動回路18(駆動部)を備えて構成されている。   The negative feedback unit 26 includes a PSD 14 (light receiving unit), a detection circuit 16 (detection unit), and a current drive circuit 18 (drive unit).

PSDとは、抵抗体とフォトダイオードとを組み合わせた、2つの出力端子を有する素子であり、PSDに入射された光のスポットの位置を求めることができる。すなわち、PSDに光が入射されると入射した位置にキャリアが発生し、電流が流れる。光の入射位置から2つの出力端子までの距離に比例する抵抗によって、2つの出力端子から出力される電流が変化する。2つの出力端子に流れる電流の比からセンサ上における光のスポットの重心の位置を求めることができる。   The PSD is an element having two output terminals in which a resistor and a photodiode are combined, and the position of a light spot incident on the PSD can be obtained. That is, when light enters the PSD, carriers are generated at the incident position, and current flows. The current output from the two output terminals changes due to the resistance proportional to the distance from the light incident position to the two output terminals. The position of the center of gravity of the light spot on the sensor can be obtained from the ratio of the currents flowing through the two output terminals.

なお、本実施の形態では2つの出力端子を有するPSDを例示して説明するが、これに限られず、例えば後述する4つの出力端子を有するPSDを用いてもよい。また、本実施の形態では、PSD14により光のスポットの位置を求める形態を例示して説明するが、これに限られず、位置を求めることができる光素子であれば、いずれの光素子を用いてもよい。   In the present embodiment, a PSD having two output terminals is described as an example. However, the present invention is not limited to this. For example, a PSD having four output terminals described later may be used. Further, in the present embodiment, an example in which the position of the light spot is obtained by the PSD 14 will be described. However, the present invention is not limited to this, and any optical element can be used as long as the position can be obtained. Also good.

図9に示すように、検出回路16は、比較器160、バッファ162、164、及び除算器166を備えて構成されている。   As shown in FIG. 9, the detection circuit 16 includes a comparator 160, buffers 162 and 164, and a divider 166.

バッファ162、164は、PSD14の2つの出力端子から出力された電流信号I1、I2(位置信号)をバッファリングする回路素子であり、本実施の形態に係るバッファ162、164は、電流信号I1、I2を電圧信号V1、V2に変換する機能を有している。   The buffers 162 and 164 are circuit elements that buffer the current signals I1 and I2 (position signals) output from the two output terminals of the PSD 14, and the buffers 162 and 164 according to the present embodiment include the current signals I1 and I2, It has a function of converting I2 into voltage signals V1 and V2.

除算器166は、電流比I1/I2を電圧信号V1、V2の比V1/V2を用いて算出する回路である。   The divider 166 is a circuit that calculates the current ratio I1 / I2 using the ratio V1 / V2 of the voltage signals V1 and V2.

比較器160は、電流比I1/I2と参照電圧Vrefとの差分信号(誤差信号)を、位相を反転させて増幅し、電流駆動回路18に出力する回路であり、比較器160の反転端子には電流比I1/I2が入力され、非反転端子には参照電圧Vrefが入力されている。参照電圧Vrefは電流比I1/I2の目標値、すなわちPSD14に入射される光のスポットの位置の目標値(目標位置)である。   The comparator 160 is a circuit that amplifies the difference signal (error signal) between the current ratio I1 / I2 and the reference voltage Vref by inverting the phase, and outputs the amplified signal to the current driving circuit 18. The current ratio I1 / I2 is input, and the reference voltage Vref is input to the non-inverting terminal. The reference voltage Vref is a target value of the current ratio I1 / I2, that is, a target value (target position) of the position of the light spot incident on the PSD 14.

電流駆動回路18(駆動部)は、比較器160から受け取った差分信号に基づいて、ヒータ28に流す電流Iを出力する。   The current drive circuit 18 (drive unit) outputs a current I that flows through the heater 28 based on the difference signal received from the comparator 160.

以上のように構成された本実施の形態に係る光フェーズドアレイ10では、裏面より出射された参照光LRをPSD14によりモニタし、PSD14の受光面上の位置の目標値との偏差を誤差増幅して誤差信号を生成する。そして、該誤差信号を電流駆動回路18により電流Iに変換し、該電流Iによって位相変調部12の駆動電流を負帰還制御することにより、光フェーズドアレイ10の投光光LTの偏向角を制御している。このことにより、本実施の形態に係る光フェーズドアレイ10では、周囲温度等の環境変化による投光光LTの偏向角の変動を抑制している。   In the optical phased array 10 according to the present embodiment configured as described above, the reference light LR emitted from the back surface is monitored by the PSD 14, and a deviation from the target value of the position on the light receiving surface of the PSD 14 is error-amplified. To generate an error signal. Then, the error signal is converted into a current I by the current driving circuit 18, and the driving current of the phase modulation unit 12 is negatively feedback controlled by the current I, thereby controlling the deflection angle of the projection light LT of the optical phased array 10. doing. Thus, in the optical phased array 10 according to the present embodiment, fluctuations in the deflection angle of the projection light LT due to environmental changes such as ambient temperature are suppressed.

次に、図10及び図11を参照して、本実施の形態に係る回折格子120について説明する。図10及び図11は、さまざまな形態の回折格子120の構成例を示す断面図である。   Next, the diffraction grating 120 according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 10 and 11 are cross-sectional views showing examples of configurations of the diffraction grating 120 of various forms.

図10(a)は、回折格子120の一形態である回折格子120aを示している。図10(a)に示すように、回折格子120aは、格子部G(分割コア領域)、コア122、及びクラッド124を含んで構成され、図示しない基板上に形成されている。   FIG. 10A shows a diffraction grating 120 a which is one form of the diffraction grating 120. As shown in FIG. 10A, the diffraction grating 120a includes a grating part G (divided core region), a core 122, and a clad 124, and is formed on a substrate (not shown).

コア122及びクラッド124によって図9に示す導波路30が構成されている。コア122を伝播してきたレーザ光源20からの光は、格子部Gに光結合し、投光光LTの一部として+Z方向(表面側)に出射される。一方、格子部Gからは副次的な光が参照光LRとして−Z方向(裏面側)に出射される。参照光LRは、光路方向に進むにつれて集光され、所定の距離だけ進むとスポット状になる。このように、本実施の形態に係る回折格子120aは、表面側から投光光LTを出射すると共に、裏面側から上述した負帰還制御のための負帰還信号の信号源となるスポット状の参照光LRを出射するように構成されている。   The waveguide 122 shown in FIG. 9 is constituted by the core 122 and the clad 124. The light from the laser light source 20 that has propagated through the core 122 is optically coupled to the grating portion G, and is emitted in the + Z direction (surface side) as part of the projection light LT. On the other hand, secondary light is emitted from the grating portion G as the reference light LR in the −Z direction (back side). The reference light LR is condensed as it travels in the optical path direction, and becomes a spot shape when traveling a predetermined distance. As described above, the diffraction grating 120a according to the present embodiment emits the projection light LT from the front surface side, and is a spot-like reference serving as a signal source of the negative feedback signal for the negative feedback control described above from the back surface side. The light LR is emitted.

図10(b)は、回折格子の他の形態である回折格子120bを示している。回折格子120bは、回折格子120aと比較して、参照光LRの光量を減少させ、その分投光光LTの光量を増加させた形態である。図10(b)に示すように、回折格子120bは、格子部G、コア122、クラッド124、及び高屈折率部126(調整部)を含んで構成されている。 FIG. 10B shows a diffraction grating 120b which is another form of the diffraction grating. The diffraction grating 120b has a configuration in which the light amount of the reference light LR is decreased and the light amount of the light projection light LT is increased by that amount compared to the diffraction grating 120a. As shown in FIG. 10B, the diffraction grating 120b includes a grating part G, a core 122, a clad 124, and a high refractive index part 126 (adjustment part).

高屈折率部126の屈折率はクラッド124より大きく、コア122より小さく設定されている。このように、コア122及び格子部Gの上部に高屈折率部126を設けることにより、参照光LRに対する投光光LTの比率を高くすることができる。また、高屈折率部126の屈折率を調整することにより、投光光LTと参照光LRとの比率を変えることができる。   The refractive index of the high refractive index portion 126 is set larger than that of the clad 124 and smaller than that of the core 122. As described above, by providing the high refractive index portion 126 on the core 122 and the lattice portion G, the ratio of the projection light LT to the reference light LR can be increased. Further, by adjusting the refractive index of the high refractive index portion 126, the ratio of the projection light LT and the reference light LR can be changed.

図10(c)は、回折格子の他の形態である回折格子120cを示している。回折格子120cは、投光光LT、参照光LRの光量を調整可能に構成された形態である。図10(c)に示すように、回折格子120cは、格子部G、コア122、クラッド124、及び反射部128(調整部)を含んで構成されている。   FIG. 10C shows a diffraction grating 120c which is another form of the diffraction grating. The diffraction grating 120c is configured to be capable of adjusting the light amounts of the projection light LT and the reference light LR. As shown in FIG. 10C, the diffraction grating 120c includes a grating part G, a core 122, a clad 124, and a reflecting part 128 (adjustment part).

回折格子120cでは、格子部Gと反射部128の距離を変化させて、格子部Gに伝播してくる光の反射部128に対する位相を調整することにより、格子部Gに伝播してくる光の反射率を変えることができる。従って、該反射率を高くすれば投光光LTの光量を増加させ、該反射率を低くすれば参照光LRの光量を増加させることができる。   In the diffraction grating 120c, the distance between the grating part G and the reflecting part 128 is changed, and the phase of the light propagating to the grating part G is adjusted with respect to the reflecting part 128, whereby the light propagating to the grating part G is adjusted. The reflectivity can be changed. Therefore, if the reflectance is increased, the light amount of the projection light LT can be increased, and if the reflectance is decreased, the light amount of the reference light LR can be increased.

図11は、回折格子の他の形態である回折格子120dを、PSD14と共に示す図である。回折格子120dは、上記の各回折格子(回折格子120a、120b、120c)と比較して、参照光LRの光路長を長くした形態である。図11に示すように、回折格子120dは、格子部G、コア122、クラッド124、スペーサ130、及び反射膜134を含んで構成されている。   FIG. 11 is a diagram showing a diffraction grating 120d, which is another form of the diffraction grating, together with the PSD 14. In FIG. The diffraction grating 120d has a configuration in which the optical path length of the reference light LR is longer than that of each of the diffraction gratings (diffraction gratings 120a, 120b, 120c). As shown in FIG. 11, the diffraction grating 120 d includes a grating portion G, a core 122, a clad 124, a spacer 130, and a reflective film 134.

スペーサ130は入力光Pinに対し透明な材料で形成され、参照光LRが伝播する格子部GからPSD14までの光路長を長くする機能を有している。スペーサ130の一端面には反射膜134が形成されており、別の一端面にPSD14が光結合されている。反射膜134は、例えばスペーサ130にアルミニウム等の金属を蒸着して形成することができる。   The spacer 130 is formed of a material that is transparent to the input light Pin, and has a function of increasing the optical path length from the grating portion G through which the reference light LR propagates to the PSD 14. A reflective film 134 is formed on one end face of the spacer 130, and the PSD 14 is optically coupled to another end face. The reflective film 134 can be formed by evaporating a metal such as aluminum on the spacer 130, for example.

回折格子120dでは、コア122を伝播し、格子部Gで裏面に放射された参照光LRは、反射膜134で反射され、スペーサ130を伝播してPSD14の受光面に入射する。回折格子120dでは参照光LRの光路長が長くなるように構成されているので、参照光LRをスポット状に集光させるのにより適した構造となっている。   In the diffraction grating 120d, the reference light LR that propagates through the core 122 and is radiated to the back surface by the grating portion G is reflected by the reflective film 134, propagates through the spacer 130, and enters the light receiving surface of the PSD 14. Since the diffraction grating 120d is configured to increase the optical path length of the reference light LR, the diffraction grating 120d has a more suitable structure for condensing the reference light LR in a spot shape.

次に、図12を参照して、本実施の形態に係る回折格子120における投光光LTの波面の方向について説明する。図12では、回折格子120aを例示して説明するが、考え方は回折格子120b、120c、120dでも同様である。   Next, the direction of the wavefront of the projection light LT in the diffraction grating 120 according to the present embodiment will be described with reference to FIG. In FIG. 12, the diffraction grating 120a is described as an example, but the same concept applies to the diffraction gratings 120b, 120c, and 120d.

図12に示すように、図示しない基板上に形成されたコア122、クラッド124を備えた回折格子120aの下部にはスペーサ130が配置され、スペーサ130の下部にPSD14が光結合されている。   As shown in FIG. 12, a spacer 130 is disposed below a diffraction grating 120 a having a core 122 and a clad 124 formed on a substrate (not shown), and the PSD 14 is optically coupled to the lower portion of the spacer 130.

図12に示すように、コア122の中心を通る法線hから測った投光光LTの方向の角度(偏向角)をθ、法線hから測った参照光LRの方向の角度(偏向角)をθ’とする。この場合、ヒータ28によって光フェーズドアレイ10の伝播光の位相を変化させると、投光光LT及び参照光LRの波面の方向が、図12におけるY−Z平面内で変化する。つまり、投光光LTの偏向角θ、参照光LRの偏向角θ’が同じ比率で変化する。コア122(格子部G)の上側、下側の構造が同じであれば、θ≒θ’であるが、異なる場合には予め相互の変換係数を求めておくことにより、相互に変換可能である。   As shown in FIG. 12, the angle (deflection angle) in the direction of the projection light LT measured from the normal h passing through the center of the core 122 is θ, and the angle (deflection angle) in the direction of the reference light LR measured from the normal h. ) Is θ ′. In this case, if the phase of the propagation light of the optical phased array 10 is changed by the heater 28, the directions of the wave fronts of the projection light LT and the reference light LR change in the YZ plane in FIG. That is, the deflection angle θ of the projection light LT and the deflection angle θ ′ of the reference light LR change at the same ratio. If the upper and lower structures of the core 122 (lattice part G) are the same, θ≈θ ′, but if they are different, mutual conversion is possible by obtaining mutual conversion coefficients in advance. .

スペーサ130によって所定の光路長だけ進行した参照光LRは、PSD14の受光面上に光のスポットを形成する。コア122の下面からPSD14の受光面までの距離をdとすれば、法線hとPSD14の受光面との交点Oから測った光のスポットの位置は、dsin(θ’)で表わされる。このようにして、このPSD14の受光面上の光のスポットの位置から参照光LRの波面の方向、すなわち投光光LTの波面の方向を知ることができる。   The reference light LR that has traveled by a predetermined optical path length by the spacer 130 forms a light spot on the light receiving surface of the PSD 14. If the distance from the lower surface of the core 122 to the light receiving surface of the PSD 14 is d, the position of the light spot measured from the intersection O between the normal h and the light receiving surface of the PSD 14 is represented by dsin (θ ′). In this way, the direction of the wavefront of the reference light LR, that is, the direction of the wavefront of the projection light LT can be known from the position of the light spot on the light receiving surface of the PSD 14.

図13を参照して、光フェーズドアレイ10における投光光LTの波面の方向の制御について、より詳細に説明する。図13には、8本の導波路30、各導波路30上に配置されたヒータ28を構成する電極132−1〜132−8を図示している。   With reference to FIG. 13, the control of the direction of the wavefront of the projection light LT in the optical phased array 10 will be described in more detail. FIG. 13 illustrates eight waveguides 30 and electrodes 132-1 to 132-8 constituting the heater 28 disposed on each waveguide 30.

図13においては、電極132−1〜132−8に流す電流を異ならせ、8本の導波路30の各々に付与する熱を線形的に増加させている。電極132−1〜132−8の上流側におけるレーザ光源20からの伝播光の位相面を、図13に示すようにW0とすると、8本の導波路30の各々から出射される光の位相面は、P1〜P8のように変化する。この位相面P1〜P8が合成されて投光光LTの波面を形成する。この波面は、図13に示すように、W1、W2、W3、W4と順次伝播される。この波面W1〜W4の伝播方向Dが、投光光LTの出射方向である。光フェーズドアレイ10では、電極132−1〜132−8に流す電流を変化させることにより、投光光LTの伝播方向Dを変化させることができる。   In FIG. 13, the currents flowing through the electrodes 132-1 to 132-8 are made different so that the heat applied to each of the eight waveguides 30 is increased linearly. If the phase plane of the propagation light from the laser light source 20 on the upstream side of the electrodes 132-1 to 132-8 is W0 as shown in FIG. 13, the phase plane of the light emitted from each of the eight waveguides 30 Changes as P1 to P8. The phase planes P1 to P8 are combined to form a wavefront of the projection light LT. As shown in FIG. 13, this wavefront is sequentially propagated to W1, W2, W3, and W4. The propagation direction D of the wavefronts W1 to W4 is the emission direction of the projection light LT. In the optical phased array 10, the propagation direction D of the projection light LT can be changed by changing the current flowing through the electrodes 132-1 to 132-8.

次に、図14を参照して、光フェーズドアレイ10の応用形態の一例として、光フェーズドアレイ10を車載用のレーザレーダに適用した場合の形態について説明する。   Next, with reference to FIG. 14, as an example of an application form of the optical phased array 10, a form in the case where the optical phased array 10 is applied to a vehicle-mounted laser radar will be described.

図14(a)に示すように、光フェーズドアレイ10を用いたレーザレーダ1は、例えば車両2の前方に設置される。車両の進行方向を方向Hとすると、レーザレーダ1からの投光光LTの方向は、方向Hの両側に偏向角θで変化する。この偏向角θがレーザレーダ1の走査角度であり、偏向角θは、図12に示す偏向角θに対応している。   As shown in FIG. 14A, the laser radar 1 using the optical phased array 10 is installed in front of the vehicle 2, for example. Assuming that the traveling direction of the vehicle is a direction H, the direction of the projection light LT from the laser radar 1 changes at both sides of the direction H with a deflection angle θ. This deflection angle θ is the scanning angle of the laser radar 1, and the deflection angle θ corresponds to the deflection angle θ shown in FIG.

ここで、図14(b)に示すように、方向Hを偏向角θの原点(θ=0°)とすると、偏向角θ(走査角度)は、最大値θmaxから最小値θminの間で変化する。θmax及びθminの具体的な値は、一例として、θmax=+30°、θmin=−30°である。   Here, as shown in FIG. 14B, when the direction H is the origin of the deflection angle θ (θ = 0 °), the deflection angle θ (scanning angle) changes between the maximum value θmax and the minimum value θmin. To do. Specific values of θmax and θmin are, for example, θmax = + 30 ° and θmin = −30 °.

レーザレーダ1の走査角度は、時間に対して図14(c)に示すように変化する。本実施の形態に係るレーザレーダ1では、光フェーズドアレイ10を用いて走査角度を負帰還制御しているので、温度等の環境の変化に対する走査角度の変動を抑制することが可能となっている。   The scanning angle of the laser radar 1 changes as shown in FIG. 14C with respect to time. In the laser radar 1 according to the present embodiment, since the scanning angle is negatively feedback controlled using the optical phased array 10, it is possible to suppress fluctuations in the scanning angle with respect to environmental changes such as temperature. .

以上詳述したように、本実施の形態に係る光フェーズドアレイによれば、位相変化量を個別にかつ線形に変化させる個別電極を配置した位相変調部を備えると共に、回折格子からの参照光により位相変調部の電極に流す電流を負帰還制御しているので、環境の変化に対する偏向角の変動がより抑制され、偏向角がより安定して線形に変化する光フェーズドアレイを提供することができる。   As described above in detail, according to the optical phased array according to the present embodiment, the phase modulation unit including the individual electrodes that individually and linearly change the phase change amount is provided, and the reference light from the diffraction grating is used. Since the current flowing through the electrode of the phase modulation unit is controlled by negative feedback, it is possible to provide an optical phased array in which the deflection angle variation with respect to environmental changes is further suppressed, and the deflection angle changes more stably and linearly. .

[第6の実施の形態]
図15を参照して、本実施の形態に係る光アンテナ40について説明する。図15(a)に示すように、光アンテナ40は、光集積回路42、PSD14a、検出回路16a、誤差増幅回路22、及び電流駆動回路18を含んで構成されている。
[Sixth Embodiment]
The optical antenna 40 according to the present embodiment will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 15A, the optical antenna 40 includes an optical integrated circuit 42, a PSD 14a, a detection circuit 16a, an error amplification circuit 22, and a current driving circuit 18.

本実施の形態に係る光集積回路42は、一例として、入力光Pinを生成するレーザ光源と、図8に示す光アンテナ300が集積化されている。   As an example, the optical integrated circuit 42 according to the present embodiment includes a laser light source that generates the input light Pin and an optical antenna 300 shown in FIG.

本実施の形態に係るPSD14aは、4つの出力端子を有する2次元PSDであり、PSD14aに入射された光のスポットの2次元的な位置を特定する電流信号I1、I2、I3、I4(位置信号)を該4つの出力端子から出力する。   The PSD 14a according to the present embodiment is a two-dimensional PSD having four output terminals, and current signals I1, I2, I3, and I4 (position signals) that specify the two-dimensional position of a light spot incident on the PSD 14a. ) From the four output terminals.

検出回路16aは、PSD14aから上記4つの電流信号を受け取り、受け取った4つの電流信号I1〜I4に対して演算処理を施し、PSD14aの受光面上の位置情報(2次元の座標値X、Y)を算出する。   The detection circuit 16a receives the four current signals from the PSD 14a, performs arithmetic processing on the received four current signals I1 to I4, and positional information on the light receiving surface of the PSD 14a (two-dimensional coordinate values X and Y). Is calculated.

誤差増幅回路22は、検出回路16aから座標値X,Yを受け取り、受け取った座標値X、Yと目標値(目標位置)とを比較し、誤差信号eを生成する。   The error amplification circuit 22 receives the coordinate values X and Y from the detection circuit 16a, compares the received coordinate values X and Y with a target value (target position), and generates an error signal e.

電流駆動回路18は、誤差増幅回路22から誤差信号eを受け取り、受け取った誤差信号eに基づいて、ヒータの電極(電極部60(図1参照)及び電極部330(図8参照))に流す電流を生成する。   The current drive circuit 18 receives the error signal e from the error amplification circuit 22, and flows it to the electrodes of the heater (the electrode unit 60 (see FIG. 1) and the electrode unit 330 (see FIG. 8)) based on the received error signal e. Generate current.

図15(b)を参照して、検出回路16aが実行する演算処理について、より詳細に説明する。図15(b)は、検出回路16aのブロック図を、PSD14aと共に図示したものである。図15(b)に示すように、検出回路16aは、4つのバッファ168、及び演算部170を含んで構成されている。   With reference to FIG. 15B, the arithmetic processing executed by the detection circuit 16a will be described in more detail. FIG. 15B is a block diagram of the detection circuit 16a together with the PSD 14a. As shown in FIG. 15B, the detection circuit 16a includes four buffers 168 and a calculation unit 170.

4つのバッファ168は、電流信号I1、I2、I3、I4の各々をバッファリングし、各々電圧信号である座標演算信号UL、UR、LR、LLに変換する。   The four buffers 168 buffer each of the current signals I1, I2, I3, and I4 and convert them into coordinate calculation signals UL, UR, LR, and LL, which are voltage signals, respectively.

演算部170は、図15(b)に示すように加算器、除算器、減算器を備え、座標演算信号UL、UR、LR、LLに演算処理を施して座標値X、Yを算出する。演算部170によって実行される演算内容は、以下のとおりである。すなわち、まず、(式1)、(式2)、(式3)により、ΔX、ΔY、Aを算出する。
ΔX=(LR+UR)−(LL+UL) ・・・ (式1)
ΔY=(UL+UR)−(LR+LL) ・・・ (式2)
A=LR+UR+LL+UL ・・・(式3)
The calculation unit 170 includes an adder, a divider, and a subtracter as shown in FIG. 15B, and calculates coordinate values X and Y by performing calculation processing on the coordinate calculation signals UL, UR, LR, and LL. The contents of the calculation executed by the calculation unit 170 are as follows. That is, first, ΔX, ΔY, and A are calculated by (Expression 1), (Expression 2), and (Expression 3).
ΔX = (LR + UR) − (LL + UL) (Formula 1)
ΔY = (UL + UR) − (LR + LL) (Formula 2)
A = LR + UR + LL + UL (Formula 3)

次に、以下に示す(式4)、(式5)によって、座標値X、Yを算出する。
X=ΔX/A ・・・ (式4)
Y=ΔY/A ・・・ (式5)
(式4)及び(式5)で算出された座標値X、Yが誤差増幅回路22に送られ、目標値と比較されて誤差信号eが生成される。
Next, coordinate values X and Y are calculated by the following (Expression 4) and (Expression 5).
X = ΔX / A (Formula 4)
Y = ΔY / A (Formula 5)
The coordinate values X and Y calculated by (Equation 4) and (Equation 5) are sent to the error amplification circuit 22 and compared with the target value to generate an error signal e.

以上、詳述したように、本実施の形態に係る光アンテナによれば、位相変化量を個別にかつ線形に変化させる個別電極を配置した位相変調部を備えると共に、回折格子からの参照光により位相変調部の電極に流す電流を負帰還制御しているので、環境の変化に対する偏向角の変動がより抑制され、偏向角がより安定して線形に変化する光アンテナを提供することができる。   As described above in detail, according to the optical antenna according to the present embodiment, the optical antenna according to the present embodiment includes the phase modulation unit in which the individual electrodes that change the phase change amount individually and linearly are arranged, and the reference light from the diffraction grating. Since negative feedback control is performed on the current flowing through the electrode of the phase modulation unit, it is possible to provide an optical antenna in which fluctuations in the deflection angle with respect to environmental changes are further suppressed, and the deflection angle changes more stably and linearly.

1 レーザレーダ
2 車両
10 光フェーズドアレイ
12、12a 位相変調部
14、14a PSD
16、16a 検出回路
18 電流駆動回路
20 レーザ光源
22 誤差増幅回路
24 光集積回路
26 負帰還部
28 ヒータ
30 導波路
40 光アンテナ
42 光集積回路
50、50−1〜50−4 光フェーズドアレイ
52 回折格子アレイ
54 位相変調部
56 MMIカプラ
58 導波路
60 電極部
61−1、61−2 引出配線
62−1、62−2 パッド
64−1〜64−8 導波路
66−1〜66−8 個別電極
80 光フェーズドアレイ
82−1、82−2 パッド
84−1、84−2 引出配線
86−1〜86−8 個別電極
90 位相変調部
92 電極部
120−1〜120−8 回折格子
120a〜120d 回折格子
122 コア
124 クラッド
126 高屈折率部
128 反射部
130 スペーサ
132−1〜132−8 電極
134 反射膜
160 比較器
162、164 バッファ
166 除算器
168 バッファ
170 演算部
200 2次元光フェーズドアレイ
202 SOA
204、206 光フィルタ
208 アウトカプラ
210、212、214、216 導波路
250 光源
300 光アンテナ
302−1、302−2、302−3 Y分岐
304−1、304−2 パッド
306−1、306−2 引出配線
308−1、308−2、308−3、308−4 個別電極
310、312、314、316、318、320、322 導波路
330 電極部
D、Da、Db、Dx、Dy 伝播方向
e 誤差信号
G 格子部
H 方向
LT 投光光
LR 参照光
M1、M2 反射面
Pin 入力光
Pout 出力光
W1〜W4、Wa1〜Wa3、Wb1〜Wb3 波面
Sx、Sy 角度範囲
Δφ 位相変化量
θ、θ’ 偏向角
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Laser radar 2 Vehicle 10 Optical phased array 12, 12a Phase modulation part 14, 14a PSD
16, 16a Detection circuit 18 Current drive circuit 20 Laser light source 22 Error amplification circuit 24 Optical integrated circuit 26 Negative feedback unit 28 Heater 30 Waveguide 40 Optical antenna 42 Optical integrated circuit 50, 50-1 to 50-4 Optical phased array 52 Diffraction Lattice array 54 Phase modulation section 56 MMI coupler 58 Waveguide 60 Electrode sections 61-1, 61-2 Lead wiring 62-1 and 62-2 Pads 64-1 to 64-8 Waveguides 66-1 to 66-8 Individual electrodes 80 Optical phased array 82-1, 82-2 Pad 84-1, 84-2 Lead-out wiring 86-1 to 86-8 Individual electrode 90 Phase modulation part 92 Electrode part 120-1 to 120-8 Diffraction gratings 120a to 120d Diffraction Lattice 122 Core 124 Cladding 126 High refractive index portion 128 Reflecting portion 130 Spacers 132-1 to 132-8 Electrode 134 Reflecting film 160 Comparison 162,164 Buffer 166 divider 168 buffer 170 arithmetic unit 200 the two-dimensional light phased array 202 SOA
204, 206 Optical filter 208 Out coupler 210, 212, 214, 216 Waveguide 250 Light source 300 Optical antenna 302-1, 302-2, 302-3 Y branch 304-1, 304-2 Pad 306-1, 306-2 Lead wirings 308-1, 308-2, 308-3, 308-4 Individual electrodes 310, 312, 314, 316, 318, 320, 322 Waveguide 330 Electrode portion D, Da, Db, Dx, Dy Propagation direction e Error Signal G Lattice part H direction LT Projection light LR Reference light M1, M2 Reflection surface Pin Input light Pout Output light W1-W4, Wa1-Wa3, Wb1-Wb3 Wavefront Sx, Sy Angle range Δφ Phase change amount θ, θ ′ Deflection Corner

Claims (13)

レーザ光源からの出力光を入力端から入力光として入力すると共に複数に分配して複数の出力端から出力させる分配部と、
前記複数の出力端の各々に接続されると共に所定の方向に延伸された複数の光導波路、及び前記複数の光導波路の各々に熱を付与する複数の加熱素子を備え、前記複数の光導波路を伝播する前記入力光の各々の位相を変調する位相変調部と、
前記複数の光導波路の各々に対応して配置された複数の回折格子を含むと共に位相が変調された前記入力光を放射光として放射する回折格子アレイと、
を含む光フェーズドアレイ。
A distribution unit that inputs output light from a laser light source as input light from an input end and distributes the output light to a plurality of outputs from a plurality of output ends; and
A plurality of optical waveguides connected to each of the plurality of output ends and extended in a predetermined direction; and a plurality of heating elements for applying heat to each of the plurality of optical waveguides; A phase modulator for modulating the phase of each of the propagating input light;
A diffraction grating array including a plurality of diffraction gratings arranged corresponding to each of the plurality of optical waveguides and emitting the input light whose phase is modulated as radiation light;
Including optical phased array.
前記複数の加熱素子の各々は、前記複数の光導波路の配列順序に比例した熱を発生する 請求項1に記載の光フェーズドアレイ。   The optical phased array according to claim 1, wherein each of the plurality of heating elements generates heat proportional to an arrangement order of the plurality of optical waveguides. 前記複数の加熱素子の各々は、前記所定の方向の長さが前記複数の光導波路の配列順序に比例すると共に前記複数の光導波路の各々の近傍に設けられた個別電極を備え、
前記位相変調部は、複数の前記個別電極が互いに直列に接続された電極領域、及び前記電極領域の両端に接続されると共に電源が印加される電極対をさらに備える
請求項1又は請求項2に記載の光フェーズドアレイ。
Each of the plurality of heating elements includes an individual electrode provided in the vicinity of each of the plurality of optical waveguides, with the length in the predetermined direction being proportional to the arrangement order of the plurality of optical waveguides,
The phase modulation unit further includes an electrode region in which the plurality of individual electrodes are connected in series to each other, and an electrode pair that is connected to both ends of the electrode region and to which power is applied. The optical phased array described.
前記複数の加熱素子の各々は、前記所定の方向の長さが前記複数の光導波路の配列順序に反比例すると共に前記複数の光導波路の各々の近傍に設けられた個別電極を備え、
前記位相変調部は、複数の前記個別電極の前記所定の方向と交差する方向の辺同士が互いに接続された電極領域、及び前記電極領域の両端に接続されると共に電源が印加される電極対をさらに備える
請求項1又は請求項2に記載の光フェーズドアレイ。
Each of the plurality of heating elements includes an individual electrode provided in the vicinity of each of the plurality of optical waveguides, with the length in the predetermined direction being inversely proportional to the arrangement order of the plurality of optical waveguides,
The phase modulation unit includes an electrode region in which sides in a direction intersecting the predetermined direction of the plurality of individual electrodes are connected to each other, and an electrode pair connected to both ends of the electrode region and to which power is applied. The optical phased array according to claim 1, further comprising:
前記電極領域は、一端が同じ位置で接続されると共に他端が前記複数の光導波路の配列順序に反比例する長さとなる曲線を描くようにして複数の前記個別電極が接続されて構成された
請求項4に記載の光フェーズドアレイ。
The electrode region is configured by connecting a plurality of the individual electrodes so that one end is connected at the same position and the other end is drawn in a curve having a length inversely proportional to the arrangement order of the plurality of optical waveguides. Item 5. The optical phased array according to Item 4.
前記レーザ光源は、波長可変光源である
請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載の光フェーズドアレイ。
The optical phased array according to any one of claims 1 to 5, wherein the laser light source is a variable wavelength light source.
前記レーザ光源は、一方の端面が第1の反射面とされ他方の端面から光を出力する光増幅器、前記光増幅器に接続された光フィルタ、及び前記光フィルタに接続されると共に第2の反射面として機能する開放端を有するアウトカプラを含み、前記第1の反射面と前記第2の反射面とによりファブリペロー共振器が構成され、前記ファブリペロー共振器と前記光フィルタによって選択された波長の光を前記アウトカプラから前記出力光として出力する狭線幅波長光源である
請求項1〜請求項6のいずれか1項に記載の光フェーズドアレイ。
The laser light source includes an optical amplifier that has one end surface as a first reflection surface and outputs light from the other end surface, an optical filter connected to the optical amplifier, and a second reflection that is connected to the optical filter. A wavelength selected by the Fabry-Perot resonator and the optical filter, wherein the first reflective surface and the second reflective surface constitute a Fabry-Perot resonator. The optical phased array according to any one of claims 1 to 6, wherein the light is a narrow-line-width wavelength light source that outputs the output light from the outcoupler as the output light.
前記放射光の一部を参照光として受光すると共に受光面上の前記参照光の位置を検出するための位置信号を出力する受光部と、
前記位置信号と前記参照光の目標位置とを比較して誤差信号を生成する検出部と、
前記誤差信号に基づいて前記複数の加熱素子が発生する熱量を制御する制御信号を生成する駆動部と、
をさらに含む請求項1〜請求項7のいずれか1項に記載の光フェーズドアレイ。
A light receiving unit that receives a part of the radiated light as reference light and outputs a position signal for detecting the position of the reference light on a light receiving surface;
A detection unit that compares the position signal with a target position of the reference light to generate an error signal;
A drive unit that generates a control signal for controlling the amount of heat generated by the plurality of heating elements based on the error signal;
The optical phased array according to any one of claims 1 to 7, further comprising:
前記複数の光導波路の各々は、光を導波するコア及びコアを覆うクラッドを備え、
前記複数の回折格子の各々は、前記コアを複数に分割した分割コア領域を含み、
前記参照光は、前記分割コア領域において前記放射光が放射される方向とは反対の方向に放射される
請求項8に記載の光フェーズドアレイ。
Each of the plurality of optical waveguides includes a core for guiding light and a clad covering the core,
Each of the plurality of diffraction gratings includes a divided core region obtained by dividing the core into a plurality of parts,
The optical phased array according to claim 8, wherein the reference light is emitted in a direction opposite to a direction in which the emitted light is emitted in the divided core region.
前記複数の回折格子の各々は、前記放射光の光量と前記参照光の光量との比率を調整する調整部を前記分割コア領域に沿って前記クラッドの内部に備える
請求項9に記載の光フェーズドアレイ。
10. The optical phased according to claim 9, wherein each of the plurality of diffraction gratings includes an adjustment unit that adjusts a ratio between the light amount of the radiated light and the light amount of the reference light along the divided core region. array.
前記複数の回折格子の各々は、前記分割コア領域と前記受光部との間に前記参照光を反射させる反射部を備える
請求項9又は請求項10に記載の光フェーズドアレイ。
11. The optical phased array according to claim 9, wherein each of the plurality of diffraction gratings includes a reflection unit that reflects the reference light between the divided core region and the light receiving unit.
アレイ状に配置された、複数の請求項1〜請求項7のいずれか1項に記載の光フェーズドアレイと、
複数の前記光フェーズドアレイの各々の前記入力端に接続された複数の第2光導波路、及び前記複数の第2光導波路の各々に熱を付与する複数の第2加熱素子を備え、前記複数の第2光導波路を伝播する光の各々の位相を変調する第2位相変調部と、
前記複数の第2光導波路を束ねて前記レーザ光源からの出力光を入力する第2入力端に接続する複数のY分岐と、
を含む光アンテナ。
A plurality of optical phased arrays according to any one of claims 1 to 7, arranged in an array,
A plurality of second optical waveguides connected to the input ends of each of the plurality of optical phased arrays, and a plurality of second heating elements for applying heat to each of the plurality of second optical waveguides, A second phase modulator for modulating the phase of each of the light propagating through the second optical waveguide;
A plurality of Y branches connected to a second input terminal for bundling the plurality of second optical waveguides and inputting output light from the laser light source;
Including optical antenna.
前記放射光の一部を参照光として受光すると共に受光面上の前記参照光の位置を検出するための位置信号を出力する受光部と、
前記位置信号と前記参照光の目標位置とを比較して誤差信号を生成する検出部と、
前記誤差信号に基づいて前記複数の加熱素子が発生する熱量を制御する制御信号を生成する駆動部と、
をさらに含む請求項12に記載の光アンテナ。
A light receiving unit that receives a part of the radiated light as reference light and outputs a position signal for detecting the position of the reference light on a light receiving surface;
A detection unit that compares the position signal with a target position of the reference light to generate an error signal;
A drive unit that generates a control signal for controlling the amount of heat generated by the plurality of heating elements based on the error signal;
The optical antenna according to claim 12, further comprising:
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