JP2018508802A - マイクロ波周波数信号を生成し放射するための光電子部品 - Google Patents
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Abstract
本発明は、マイクロ波周波数と呼ばれる３０ＧＨｚ〜１０ＴＨｚの間の周波数（Ｆ）を示す電磁信号（Ｓ）を生成し放射するための光電子部品（３０）に関し、この光電子部品は、−前記マイクロ波周波数（Ｆ）と等しい、ヘテロダインビートと呼ばれる光周波数の差を示す第１の光波（Ｏ１）及び第２の光波（Ｏ２）をＸＹ平面に閉じ込めＸＹ平面内で自由に伝搬させるように構成される平板状ガイド（Ｇｐ）と、−前記光波（Ｏ１、Ｏ２）を前記平板状ガイド（Ｇｐ）に注入するためのシステム（Ｓｉ）と、−第１の光波（Ｏ１）及び第２の光波（Ｏ２）に基づいて前記マイクロ波周波数（Ｆ）を示す信号（Ｓ）を生成するように前記平板状ガイド（Ｇｐ）に結合されるフォトミキサ（ＰＭ）と、を含み、前記フォトミキサ（ＰＭ）は、前記信号（Ｓ）の波長（λＦ）の半分以上ある大きな寸法（Ｌ）をＹ軸に沿って示す細長い形状を有し、−前記注入システム（Ｓｉ）は、前記光波が、前記平板状ガイド内で重なり、かつ前記信号（Ｓ）の波長（λＦ）の半分と少なくとも等しいＹ軸に沿った長さに渡ってフォトミキサ（ＰＭ）と結合されるように構成され、従って、フォトミキサは前記信号（Ｓ）を放射することができるようになる。
Description
本発明は光電子部品に関し、より具体的には、４００ｎｍ〜１０μｍの間の波長を示す光波に基づき、本明細書ではこれ以降マイクロ波周波数と呼ばれる３０ＧＨｚ〜１０ＴＨｚの間の周波数を示す電磁信号を生成し放射する機能を有する、集積部品に関する。
ミリメートル波タイプ（３０ＧＨｚ〜３００ＧＨｚの間の周波数のＲＦ電波）、及びテラヘルツタイプ（１００ＧＨｚ〜１０ＴＨｚの間の周波数）のマイクロ波周波数信号の生成は、検出、分光測定、高ビットレート無線データ伝送の分野で、多数の用途がある。高ビットレート無線データ伝送の分野では、サポートする周波数が高くなるほど、伝送することができるビットレートがより高くなる。例として、１ＧＨｚの搬送波に対しては１Ｇｂｉｔ／ｓの最大ビットレートが得られ、一方１ＴＨｚの搬送波では１０〜２０Ｇｂｉｔ／ｓのビットレートが可能であり、従って、十分な電力でこの範囲の周波数を放射することができる部品の開発に関心が持たれる。
従来技術による第１の解決策は、図１に示す（図１ａは斜視図であり、図１ｂは上面図である）、マイクロ波周波数Ｆの信号Ｓを放射することができる部品１００である。この一体型フォトダイオード１００は、波長λ１の波Ｏ１及び波長λ２の波Ｏ２の２つの光波が中を伝搬する平板状ガイド１０と、関連する小型のフォトミキサ１１とを含む。λ１及びλ２は、それらがヘテロダインビートを示すようになっており、即ち、関連する光周波数ｆ１及びｆ２の差ｆ１−ｆ２の絶対値がマイクロ波周波数領域の周波数Ｆと等しくなる。
ｆ１＝Ｃ／λ１
ｆ２＝Ｃ／λ２
Ｆ＝｜ｆ１−ｆ２｜、但しテラヘルツのオーダーである。
ｆ１＝Ｃ／λ１
ｆ２＝Ｃ／λ２
Ｆ＝｜ｆ１−ｆ２｜、但しテラヘルツのオーダーである。
光波は、フォトミキサ１１が周波数Ｆで波を生成するように、エバネセント結合によりフォトミキサ１１に結合される。
フォトダイオード１００は、フォトミキサ１１に結合された、蝶結び状を示す金属アンテナ１２も含み、この金属アンテナ１２は、周波数Ｆの電磁信号Ｓを空間に放射する。
フォトミキサの長さｌ１０は典型的に１０〜２０μｍである、というのも、デバイスが示すであろう寄生容量が、周波数Ｆで検出される信号を著しく減衰させるので、これを制限する必要があるからである。更に、光の大部分は部品の最初の１０ミクロンで吸収されるので、長くしても、吸収される電力を増加させることはできない。
幅Ｌ１０は、光波長の大きさ程度、典型的には２〜３倍大きいがそれ以上大きくはない長さに寸法決めされる。
確かに、Ｌ１０は、部品が３０ＧＨｚを超えても正しく動作するために、十分に小さくなくてはならない。Ｌ１０があまりに大きくなると、半導体（フォトミキサ１１）／金属（アンテナ１２）界面での信号の伝送が、寄生容量（容量性効果及び通過時間効果）の存在によって劣化し、寄生容量の効果により、周波数Ｆの光生成信号Ｓが減衰することになる。
Ｌ１０の寸法上の制約は、放射され得る電力が制限されるという欠点につながる。
更に、部品１００の寸法が小さいことにより、信号ＳのＲＦモードのサイズに適応するために、アンテナ１２の使用が強制される。
従来技術による第２の解決策としては、図２に示すような、２Ｄマトリックスとして配置された複数の面状フォトダイオードの一体化、又は１つの大きな寸法のフォトダイオードの形態での大きな表面積の放射源の一体化に基づいて、マイクロ波周波数Ｆの信号Ｓを放射することができるシステム２００がある。光波Ｏ１及びＯ２は、部品ＰＭの一方の側に直接入射し、この部品ＰＭは周波数Ｆの信号を他方の側に放射する。
この解決策は、低い結合効率を示す、というのも、フォトミキサＰＭは薄い層から構成されるので、光とフォトミキサとの間の相互作用を制限するからである。更に、マトリックスの各フォトミキサに極性を与えるには、光とフォトミキサとの間の相互作用面積を低減させる不透明電極を生成する必要がある。
信号Ｏ１及びＯ２を成形するための別個の光学素子を用いたその実装は、システム２００をかさばらせる。更に、このシステムでは、増幅、振幅変調又は位相変調などの光と相互作用する他の機能を同一のウェハ上に集積することができない。更に、２Ｄマトリックスは、光検出が望まれる領域に効果的な態様で照射を局所化することができず、そのため、高周波生成電力／入射光パワー効率が制限される。
ミリメートル範囲の電波の走査の導入を検討する場合、現在の解決策には幾つかの欠点がある。別個の光学部品に基づく解決策は、かさばり、放射される信号は強い発散を示す。機械的素子に基づく代替の解決策もまたかさばり、かつ全てのシステムとは互換性がない可動素子を含む。
そこで、本発明の目的は、前述の欠点を軽減することであり、より具体的には、アンテナを使用しないでマイクロ波周波数信号（高周波信号とも呼ばれる）を生成し放射することができる、集積された光電子部品を作製することである。
本発明の主題は、マイクロ波周波数と呼ばれる３０ＧＨｚ〜１０ＴＨｚの間の周波数を示す電磁信号を生成し放射するための光電子部品であり、この光電子部品は以下を含む、即ち、
−前記マイクロ波周波数と等しい、ヘテロダインビートと呼ばれる光周波数の差を示す第１の光波及び第２の光波をＸＹ平面に閉じ込めＸＹ平面内で自由に伝搬させるように構成される平板状ガイドと、
−前記光波を前記平板状ガイドに注入するためのシステムと、
−第１の光波及び第２の光波に基づいて前記マイクロ波周波数を示す信号を生成するように、前記平板状ガイドに結合されるフォトミキサと、を含み、
前記フォトミキサは、信号の波長の半分以上ある大きな寸法をＹ軸に沿って示す細長い形状を有し、
−前記注入システムは、前記光波が、前記平板状ガイド内で重なり、かつ前記信号の波長の半分と少なくとも等しいＹ軸に沿った長さに渡ってフォトミキサと結合されるように構成され、従って、フォトミキサは前記信号（Ｓ）を放射することができるようになる。
−前記マイクロ波周波数と等しい、ヘテロダインビートと呼ばれる光周波数の差を示す第１の光波及び第２の光波をＸＹ平面に閉じ込めＸＹ平面内で自由に伝搬させるように構成される平板状ガイドと、
−前記光波を前記平板状ガイドに注入するためのシステムと、
−第１の光波及び第２の光波に基づいて前記マイクロ波周波数を示す信号を生成するように、前記平板状ガイドに結合されるフォトミキサと、を含み、
前記フォトミキサは、信号の波長の半分以上ある大きな寸法をＹ軸に沿って示す細長い形状を有し、
−前記注入システムは、前記光波が、前記平板状ガイド内で重なり、かつ前記信号の波長の半分と少なくとも等しいＹ軸に沿った長さに渡ってフォトミキサと結合されるように構成され、従って、フォトミキサは前記信号（Ｓ）を放射することができるようになる。
有利にも、前記平板状ガイドは２つの閉じ込め層の間に伝搬層を含む。
有利にも、フォトミキサは閉じ込め層の上に置かれ、結合はエバネセント波によって行われる。
一実施形態によれば、平板状ガイドは、１．５μｍに近い波長をそれぞれ示す複数の光波を閉じ込めるように構成される。
変形例によれば、平板状ガイドは、前記第１の光波及び第２の光波を増幅することができる増幅部を含む。
変形例によれば、注入システムは、注入された光波が強い発散を示すように構成される。
有利にも、前記注入システムは、光波がそれぞれの伝搬方向に沿って伝搬するような態様で光波を閉じ込めるように構成される、少なくとも１つのいわゆる一次元ガイドを含む。
優先的に、この一次元ガイドは、細長い形状の閉じ込め層を含む平板状ガイドの延長部からなる。
一実施形態によれば、注入システムは少なくとも１つの光ファイバを含む。
一実施形態によれば、注入システムは単一の注入デバイスを含む。優先的に、前記単一の注入デバイスは、第１の光波及び第２の光波が、Ｙ軸に垂直な方向Ｘに実質的に等しい伝搬方向に沿って伝搬するような態様で、第１の光波及び第２の光波を注入するように構成される。
別の実施形態によれば、前記注入システムは、第１の光波がＸＹ平面内にある第１の伝搬方向に沿って伝搬するような態様で第１の光波を注入するように構成される第１の注入デバイスと、第２の光波が、ＸＹ平面内にありかつ第１の伝搬方向とは異なる第２の伝搬方向に沿って伝搬するような態様で第２の光波を注入するように構成される第２の注入デバイスと、を含む。
有利にも、前記第１の注入デバイス及び第２の注入デバイスのうちの１つの注入デバイスは、前記Ｙ軸に垂直な伝搬方向を示す。
一実施形態によれば、平板状ガイドは、複数の光波のうちの１つの光路上に配置され、かつ前記１つの光波を選択された光偏向角だけ偏向させるような態様で前記１つの光波をそらせるように構成された、少なくとも１つのデフレクタを更に含み、その結果、前記フォトミキサによって放射された信号は、前記光偏向角に依存する偏角に従って偏向されることができる。
優先的に、デフレクタは、伝搬層の一部の屈折率を変更するように構成された電気光学変調器であり、前記一部はＸＹ平面内で角柱形状を示す。
一実施形態によれば、前記デフレクタは、独立して制御される複数の別個の移相器を含む位相変調器である。
優先的に、別個の移相器の各々は、伝搬層（Ｃｐ）の一部の屈折率を変更するように構成された電気光学変調器である。
本発明の他の特徴、目的、及び利点が、以降に続く、非限定的な例として与えられる添付の図面に関する詳細な説明を読むと、明らかになるであろう。
図３は、本発明による光電子部品３０を示す。図３ａは上面図を示し、図３ｂは側面図を示す。
この部品は、マイクロ波周波数と呼ばれる３０ＧＨｚ〜１０ＴＨｚの間にある周波数Ｆを示す電磁信号Ｓを生成し放射することができる。優先的に、放射されるマイクロ波周波数は１００ＧＨｚ〜２ＴＨｚの間にある。
この周波数範囲は、ミリメートルＲＦ周波数及びＴＨｚ周波数をカバーする。
部品３０は、波長がλ１で光周波数ｆ１＝Ｃ／λ１である第１の光波Ｏ１、及び波長がλ２で光周波数ｆ２＝Ｃ／λ２である第２の光波Ｏ２をＸＹ平面に閉じ込めかつＸＹ平面内を自由に伝搬させるように構成される平板状ガイドＧｐを含み、これら２つの波は、マイクロ波周波数Ｆに等しい、ヘテロダインビートと呼ばれる光周波数の差ｆ１−ｆ２を示す。
｜ｆ１−ｆ２｜＝Ｆ
｜ｆ１−ｆ２｜＝Ｆ
光波は、典型的には４００ｎｍ〜１０μｍの間、優先的に１．２μｍ〜７μｍの間の波長を示す。
波長λ１及びλ２は、非常に近い。例えば、Ｆ＝１ＴＨｚ及びλ１＝１．５０μｍに対しては、λ２＝１．５０８μｍである。
部品３０は、光波Ｏ１、Ｏ２を平板状ガイドＧｐに注入するための注入システムＳｉも含む。本発明に適合した幾つかの注入形態を更に説明する。
最後に、部品３０は、第１の光波Ｏ１及び第２の光波Ｏ２に基づいてマイクロ波周波数Ｆを示す信号Ｓを生成するように平板状ガイドＧｐに結合されるフォトミキサＰＭも含む。
本発明によるフォトミキサＰＭは、周波数Ｆの信号Ｓの波長をλＦとして、λＦ／２以上ある大きな寸法ＬをＹ軸に沿って示す細長い形状を有する。
Ｌ≧λＦ／２、但しλＦ＝Ｃ／Ｆ
Ｌ≧λＦ／２、但しλＦ＝Ｃ／Ｆ
更に、注入システムＳｉは、光波Ｏ１及びＯ２が、平板状ガイドＧｐ内で重なり、かつ信号Ｓの波長λＦの半分と少なくとも等しいＹ軸に沿った長さに渡ってフォトミキサＰＭと結合されるように、構成される。
ビームの発散は、ガウス型であると仮定される場合には、放射素子の寸法がλＦ／２であれば１５０°になる合計角度で生じる。放射素子の寸法が更に小さい場合には、放射源の指向性が著しく低下し、放射されたビームを効果的に使用することが不可能になる。従って、許容可能な発散を伴う周波数Ｆでの放射には、少なくともλＦ／２に等しい寸法の放射素子が必要である。
従って、フォトミキサＰＭのレベルでの少なくともλＦ／２の距離に渡る波の重なり及びＹに沿ったその細長い形状により、追加のアンテナを必要とすることなく、実質的にＹに垂直な伝搬方向Ｘに向かって、信号Ｓを空間に放射することができるようになる。細長いフォトミキサＰＭは、一方の側で平板状ガイドＧｐ内を伝搬する光を受け取り、他方の側でフォトミキシングから生じる信号Ｓを再放射する。
フォトミキサＰＭの大きな寸法Ｌにより、ＸＹ平面内で殆ど発散しない放射が可能になる。更に、図１に示したような一体型フォトダイオードのフォトミキサの寸法に対してＰＭの寸法を増加させることにより、寸法Ｌ全体に渡り電力を分配することが可能になり、従って消滅することなく結合され得る光パワーを増加させ、より強力な信号Ｓを放射することにつながる。
小さな寸法ｌは、例えば、図１の一体型フォトダイオードの寸法ｌ１０と同じ程度の大きさである。
フォトミキシングにより放射される信号は、周波数範囲［３０ＧＨｚ、１０ＴＨｚ］、優先的に［１００ＧＨｚ、２ＴＨｚ］にある周波数Ｆを示す。例えば、後者の帯域について対応する波長λＦは、ＧａＡｓ又はＧａＩｎＡｓＰフォトミキサ材料において、４０μｍ〜９００μｍの間にある。
光波と細長いフォトミキサＰＭとの結合が平板状ガイドＧｐを介して達成されるという事実は、高効率の一体化された構造を部品３０に付与し、部品３０を非常に小型にし、追って説明する、部品の内部を伝搬する光の処理を可能にする追加の機能を、平板状ガイドＧｐに補うことを可能にする。
優先的に、平板状ガイドＧｐは、図４に示すように、２つの閉じ込め層Ｃｆ１、Ｃｆ２の間に伝搬層Ｃｐを含む。
例示的な例として、平板状ガイドＧｐは、ＩｎＰ上のＧａＩｎＡｓＰに基づく周知のＤＦＢ又はＤＢＲ光源の助けを借りて得られる、それぞれ１．５μｍに近い波長を示す複数の光波を閉じ込めるように構成される。
伝搬層ＣｐはＧａＩｎＡｓＰ層を含み、閉じ込め層Ｃｆ１、Ｃｆ２の各々はＩｎＰ層を含む。
優先的に、フォトミキサＰＭは閉じ込め層の上に置かれ、結合はエバネセント波を介して行われる。
別の変形例によれば、結合は「端と端が接した（ｅｎｄ−ｔｏ−ｅｎｄ）」型であり、フォトミキサＰＭは伝搬層に直接面して配置される。先の例示的な例の場合、フォトミキサは典型的にＧａＩｎＡｓＰを含む。
第１の変形例によれば、部品３０の構造の統合された特性により、図５に示すように（図５ａは上面図を示し、図５ｂは側面図を示す）、平板状ガイドの内側に増幅機能を追加することが可能になる。例えば、平板状ガイドＧｐは、伝搬層Ｃｐ内に作製され、かつ光波Ｏ１及びＯ２を増幅することができる、増幅部ＣＡを含む。従って、利用可能な光パワーが増幅部ＣＡにより増加され、それによって、部品３０が、同様に増大したマイクロ波周波数電力を示す信号Ｓを生成し放射することが可能になる。
先の例示的な例の場合、増幅層ＣＡは、図６に示すような、ＧａＩｎＡｓＰ量子井戸ＱＷを含むＧａＩｎＡｓＰ層を優先的に含む。
単一の又は複数の量子井戸が存在し得る。それらの量子井戸は、ＧａＩｎＡｓＰからなる障壁及び同様にＧａＩｎＡｓＰからなる井戸から構成される。障壁の組成と井戸の組成は、電流が印加されたときに光の生成を可能にするポテンシャル井戸を生成するように、異なる。
ここで、注入システムＳｉの非限定的な構成例を示す。
フォトミキサＰＭのレベルにおいて十分な広がりを示す光波Ｏ１及びＯ２を生成するために、変形例では、注入システムＳｉは、注入された光波が強い発散を示すように構成される。
例えば、殆ど点光源である、ごく小さな寸法の２つの擬似光源を形成する集中ビームがＧｐで結合される。
図７に示す第１の実施形態によれば、注入システムＳｉは、２つの波Ｏ１及びＯ２に共通の単一注入デバイスＤｉ０を備える。図７ａは上面図を示し、図７ｂは側面図を示す。このとき、波Ｏ１及びＯ２は同一線上にあり、それによって最適な重なり合いが保証され、結果として単純化された部品になる。
優先的に、単一の注入デバイスＤｉ０は、光波Ｏ１及びＯ２がＹ軸と垂直な方向Ｘと実質的に等しい伝搬方向に平板状ガイド内を伝搬するような態様で、光波Ｏ１及びＯ２を注入するように構成される。この構成は比較的に単純である、というのも、Ｏ１及びＯ２を注入するために必要なのは単一の光結合の実装だからである。
図７にも示す、Ｇｐ内での強い発散を伴う波Ｏ１及びＯ２を得るための第１の変形例では、注入デバイスＤｉ０は、光波Ｏ１及びＯ２がＸＹ平面内にある共通の伝搬方向Ｘ０に沿って伝搬するような態様で光波Ｏ１及びＯ２を閉じ込めるように構成された、いわゆる一次元ガイドＧｕｎｉ０を備える。一次元ガイド内に閉じ込められた各波は、平板状ガイド内に浸透すると、伝搬領域の広がりのために、その発散が大幅に増加する。従って、各波は、一次元ガイドの方向に等しい方向Ｘ０の周りに、ＸＹ平面内を「自由に」伝搬する。
最適な構成は、ガイドＧｕｎｉがＹに垂直で、ＰＭの中央を通過する軸Ｘ０に沿っていることである。
優先的に、一次元ガイドＧｕｎｉ０は、光が到来する側の平板状ガイドＧｐの延長部からなり、細長い形状の閉じ込め層を含む。このとき、伝搬層Ｃｐ内を伝搬する光波は、図８に示すように、細長の方向に沿って閉じ込められる。
ガイドＧｕｎｉ０は、ｘ軸に沿って細長帯を形成するように、Ｃｆ１を形成するのに使用される材料を局所的に除去することによって、得ることができる。Ｃｐに使用される材料の屈折率がＣｆ１及びＣｆ２に使用される材料の屈折率よりも大きいことが既知の上で、光波Ｏ１及びＯ２はｙ軸に沿って閉じ込められて単一モードの導波路を形成する。
Ｇｐ内での強い発散を伴う波Ｏ１及びＯ２を得るための第２の変形例は、平板状ガイドＧｐに結合される先端で終端する単一ファイバを含む注入デバイスＤｉ０である。
図９に示す第２の実施形態によれば、注入システムＳｉは、第１の光波Ｏ１がＸＹ平面内にある第１の伝搬方向Ｘ１に沿って伝搬するような態様で第１の光波Ｏ１を注入するように構成される第１の注入デバイスＤｉ１と、第２の光波Ｏ２が、ＸＹ平面内にありかつ第１の伝搬方向Ｘ１とは異なる第２の伝搬方向Ｘ２に沿って伝搬するような態様で第２の光波Ｏ２を注入するように構成される第２の注入デバイスＤｉ２と、を含む。図９ａは上面図を示し、図９ｂは側面図を示す。
方向Ｘ１は、ｘ軸に対して角度シータ１を示す。方向Ｘ２は、ｘ軸に対して角度シータ２を示す。
このとき、信号Ｓは、信号Ｓの伝搬方向Ｘｓとｘｙ平面のｘ軸との間の角度に相当する角度Θｓに従って生成される。
この構成では、Θｓは以下の関係から導き出される。
Θｓ＝ｓｉｎ−１｛λＦ ＊［（ｓｉｎ（シータ１）／λ１）＋（ｓｉｎ（シータ２）／λ２）］｝
Θｓ＝ｓｉｎ−１｛λＦ ＊［（ｓｉｎ（シータ１）／λ１）＋（ｓｉｎ（シータ２）／λ２）］｝
この構成により、この場合にはもはや同一線上にはない２つの波Ｏ１及びＯ２を独立して処理することが可能になる。伝搬軸Ｘ１及びＸ２並びに光波の発散は、波Ｏ１及びＯ２が、フォトミキサＰＭのレベルにおいてλＦ／２以上の寸法に渡って重なり合うように、構成される。
図１０に示すような好ましい形態によれば、デバイスのうちの１つ、例えば第１のデバイスＤｉ１は、波Ｏ１がｙ軸に実質的に垂直な伝搬方向Ｘ１に従う（シータ１ 約０°）ように配置され、第２の注入デバイスＤｉ２は、波Ｏ２が方向Ｘ２に従うように配置される。
この構成では、Θｓは以下の関係から導き出される。
Θｓ＝ｓｉｎ−１｛［λＦ／λ２］＊ｓｉｎ（シータ２）｝
Θｓ＝ｓｉｎ−１｛［λＦ／λ２］＊ｓｉｎ（シータ２）｝
例えば、角度シータ１＝０°及びシータ２＝０．２°で波長λ２が１．５μｍの光信号Ｏ２を伴う、波長λＦ＝Ｃ／Ｆ＝３００μｍを有する１ＴＨｚの信号Ｓの場合、角度Θｓは４４°に等しい。
なお、非常に小さな差シータ１−シータ２が、マイクロ波周波数信号に有意な偏向を生じさせる。
一次元ガイドを伴う変形例の場合には、各注入デバイスＤｉ１及びＤｉ２は、方向Ｘ１、Ｘ２に沿って向けられたガイドＧｕｎｉ１、Ｇｕｎｉ２をそれぞれ含む。波Ｏ１はＧｕｎｉ１を介して注入され、波Ｏ２はＧｕｎｉ２を介して注入される。
光ファイバを伴う変形例の場合には、第１の注入デバイスＤｉ１は第１の光ファイバを含み、第２の注入デバイスＤｉ２は第２の光ファイバを含む。波Ｏ１は第１のファイバを介して注入され、波Ｏ２は第２のファイバを介して注入される。
第２の変形例によれば、部品３０の構造の統合された特性により、空間的位相シフトによって少なくとも１つの光波を偏向させる機能の追加が可能になる。
位相シフトにより平板状ガイド内を伝搬する強い発散を伴う波Ｏを偏向させる原理を、図１１に示す。デフレクタＭｐｈは、既知の原理に従って、波Ｏの伝搬方向について選択された角度αだけ偏向をもたらすように、光位相シフトを空間的に、連続的に又は離散的に、変化させるように構成される。
デフレクタは、例えば、電気制御Ｃの助けを借りて制御される。
この機能は、図１０に示す好ましい構成で図１２に示すような本発明による部品３０に適用される。
この実施形態では、本発明による部品３０の平板状ガイドＧｐは、例えば、ゼロではない角度シータ２に従った伝搬方向を示す光波Ｏ２の光路上に配置され、かつ、選択された光偏向角α２だけ元の伝搬方向シータ２に対して光波Ｏ２を偏向させるように第２の光波Ｏ２をそらせるように構成される、デフレクタＭＰｈを更に含む。
フォトミキサＰＭのレベルでは、伝搬方向α２のこの変化は、マイクロ波周波数信号Ｓの放射のレベルで繰り返され、このマイクロ波周波数信号Ｓについて、角度Θｓをなす放射方向Ｘｓ（即ち、最大放射エネルギーの対応する指向方向）もまた、光偏向角α２に依存する偏角Θ−Θｓだけ偏向する。この構成では、マイクロ波周波数波がｘ軸となす角度Θは、以下の関係から導き出される。
Θ＝ｓｉｎ−１｛λＦ＊［ｓｉｎ（シータ２＋α２）／λ２｝
Θ＝ｓｉｎ−１｛λＦ＊［ｓｉｎ（シータ２＋α２）／λ２｝
従って、出射時にはマイクロ波周波数波Ｓは角度Θｓを示し、角度Θに修正される。
例えば、波長λＦ＝Ｃ／Ｆ＝３００μｍを有し、角度シータ１＝０°及びシータ２＝０．２°で波長λ２が１．５μｍの光信号Ｏ２を用いて得られる、１ＴＨｚの信号Ｓの場合、角度Θｓは４４°に等しくなる。
デフレクタＭＰｈを用いて達成される、０．０５の信号Ｏ２の偏向の場合、角度Θは６１°である。従って、信号Ｓは、１７°だけ偏向されている。
フォトミキサの細長い形状のおかげで、偏向された信号Ｓは、ＸＹ平面内で弱い発散を維持する。
α２の値を変更することができる制御可能なデフレクタを用いると、信号Ｓの角度走査を実行することが可能になる。
ＧａＩｎＡｓＰからなる伝搬層ＣｐとＩｎＰからなる２つの閉じ込め層Ｃｆ１、Ｃｆ２とを含む平板状ガイドの場合の、例示的な電気光学デフレクタＭｐｈを、図１３ａ（上面図）及び図１３ｂ（断面図）に示す。
層Ｃｆ１上に配置された金属層Ｍ１が、Ｍｐｈの境界を定める。金属層Ｍの下の層Ｃｆ１の領域はｐドープされており、一方、伝搬層Ｃｐの他方の側の層Ｃｆ２の領域はｎドープされている。別の金属層Ｍ２が、層Ｃｆ２に接して配置される。層Ｃｆ２の導通により、Ｍ１とＭ２との間に電流を注入することが可能になる。
従って、金属層の下に局所的に配置された領域内の伝搬層に電流Ｉを注入することが可能になり、その効果は、Ｉの値の関数として屈折率を局所的に変更することである。電流が印加されない場合、光信号Ｏにより観察される屈折率は、Ｍｐｈを囲む領域とＭｐｈの内側とで同じになる。そのとき、ビームＯはＭｐｈによって偏向されない。電流Ｉが印加された場合、光信号Ｏにより観察される屈折率は、Ｍｐｈを囲む領域とＭｐｈの内側の領域とで異なるようになる。
従って、デフレクタＭｐｈは、伝搬層Ｃｐの一部の屈折率を変更するように構成された電気光学変調器である。この伝搬層Ｃｐの一部がＸＹ平面内で角柱形状を示す場合、かつ伝搬層のＭｐｈの内側の屈折率が外側よりも高い場合には、光波Ｏは、フレネルの法則のために、プリズムの場合と同様の態様で偏向する。
第２の例によれば、デフレクタは、独立して制御される複数のｉ別個の移相器Ｄｐｈ（１）、…、Ｄｐｈ（ｎ）を含む１つの位相変調器Ｍｐｈである。この別個の移相器の原理を、光波Ｏについて、図１４に示す。
平板状ガイドの「自由な」伝搬の第１の領域を伝搬する光波が、ｎ個のチャネルに渡って分散する。チャネル毎の光移相器Ｄｐｈ（ｉ）が、チャネルｉの光位相シフトを他のチャネルとは独立して変化させる。次いで、チャネルから生じる波が、平板状ガイドＧｐ内の第２の「自由な」伝搬領域を伝搬する。この第２の領域では、波面が形成され、その方向は移相器によって印加される位相シフトに依存する。従って、光波の位相面は、移相器を介して制御される。決定された位相の法則について、入射波面に対する波面の大域的な偏向が得られる。
移相器は、例えば電気光学的な態様で動作する。即ち、電気的な制御信号が、例えば伝搬層の一部を含むチャネルの屈折率を変更する。
ＧａＩｎＡｓＰからなる伝搬層ＣｐとＩｎＰからなる２つの閉じ込め層Ｃｆ１及びＣｆ２とを含む平板状ガイドについて、電気光学的な移相器Ｄｐｈ（ｉ）を図１５に示す。この移相器は、図１３ｂの移相器と同様の態様で動作する。金属層Ｍ１が、層Ｃｆ１上に配置される。金属層Ｍの下の層Ｃｆ１の領域はｐドープされており、一方、伝搬層Ｃｐの他方の側の層Ｃｆ２の領域はｎドープされている。別の金属層Ｍ２が、層Ｃｆ２に接して配置される。層Ｃｆ２の導通により、Ｍ１とＭ２との間に電流を注入することが可能になる。伝搬層に電流Ｉを注入することの効果は、屈折率をＩの値の関数として局所的に変更することである。
勿論、デフレクタに加えて、光パワーを変更するように電動の光増幅器を統合することが可能である。
例えば、光増幅器を各チャネルに配置すると、複数のチャネルの間で光パワーを均一にすることが可能になる。
図１６は、本発明による部品を示し、この部品の平板状ガイドＧｐは、上述のような電気光学的位相変調器ＭＰｈを、ゼロではない角度シータ１を示す波、ここではＯ１の光路上に含む。
フォトミキサＰＭによって放射される信号Ｓは、シータ１、シータ２、及びα２に依存する偏角Θに応じて、（即ち、最大放射エネルギーの対応する指向方向に）偏向させることができる。元の角度Θｓに対する偏向は（Θ−Θｓ）である。
従って、本発明による部品３０の統合された特性により、増幅機能及び走査機能の実装を容易にするように、フォトミキサＰＭを長くすることから利益を得ることが可能になり、高周波数Ｆの信号Ｓの角度走査を実行するフォトニック集積回路が形成される。
Claims (17)
- マイクロ波周波数と呼ばれる３０ＧＨｚ〜１０ＴＨｚの間の周波数（Ｆ）を示す電磁信号（Ｓ）を生成し放射するための光電子部品（３０）であって、
−前記マイクロ波周波数（Ｆ）と等しい、ヘテロダインビートと呼ばれる光周波数の差を示す第１の光波（Ｏ１）及び第２の光波（Ｏ２）をＸＹ平面に閉じ込めＸＹ平面内で自由に伝搬させるように構成される平板状ガイド（Ｇｐ）と、
−前記光波（Ｏ１、Ｏ２）を前記平板状ガイド（Ｇｐ）に注入するためのシステム（Ｓｉ）と、
−前記第１の光波（Ｏ１）及び前記第２の光波（Ｏ２）に基づいて前記マイクロ波周波数（Ｆ）を示す信号（Ｓ）を生成するように前記平板状ガイド（Ｇｐ）に結合されるフォトミキサ（ＰＭ）と、を含み、
前記フォトミキサ（ＰＭ）は、前記信号（Ｓ）の波長（λＦ）の半分以上ある大きな寸法（Ｌ）をＹ軸に沿って示す細長い形状を有し、
−前記注入システム（Ｓｉ）は、前記光波が、前記平板状ガイド内で重なり、かつ前記信号（Ｓ）の波長（λＦ）の半分と少なくとも等しい前記Ｙ軸に沿った長さに渡って前記フォトミキサ（ＰＭ）と結合されるように構成され、従って、前記フォトミキサは前記信号（Ｓ）を放射することができるようになる、光電子部品（３０）。 - 前記平板状ガイド（Ｇｐ）は、２つの閉じ込め層（Ｃｆ１、Ｃｆ２）の間に伝搬層（Ｃｐ）を含む、請求項１に記載の光電子部品。
- 前記フォトミキサ（ＰＭ）は閉じ込め層の上に配置され、前記結合はエバネセント波により行われる、請求項２に記載の光電子部品。
- 前記平板状ガイド（Ｇｐ）は、１．５μｍに近い波長をそれぞれ示す複数の光波を閉じ込めるように構成される、請求項１〜３のいずれか一項に記載の光電子部品。
- 前記平板状ガイド（Ｇｐ）は、前記第１の光波（Ｏ１）及び前記第２の光波（Ｏ２）を増幅することができる増幅部（ＣＡ）を含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載の光電子部品。
- 前記注入システム（Ｓｉ）は、前記注入された光波（Ｏ１、Ｏ２）が強い発散を示すように構成される、請求項１〜５のいずれか一項に記載の光電子部品。
- 前記注入システム（Ｓｉ）は、前記光波（Ｏ１、Ｏ２）がそれぞれの伝搬方向（Ｘ、Ｘ１、Ｘ２）に沿って伝搬するような態様で前記光波（Ｏ１、Ｏ２）を閉じ込めるように構成される、少なくとも１つのいわゆる一次元ガイド（Ｇｕｎｉ０、Ｇｕｎｉ１、Ｇｕｎｉ２）を含む、請求項１〜６のいずれか一項に記載の光電子部品。
- 前記一次元ガイドは、細長い形状の閉じ込め層を含む前記平板状ガイドの延長部からなる、請求項７に記載の光電子部品。
- 前記注入システム（Ｓｉ）は、少なくとも１つの光ファイバを含む、請求項１〜６のいずれか一項に記載の光電子部品。
- 前記注入システム（Ｓｉ）は、単一注入デバイス（Ｄｉ０）を含む、請求項１〜９のいずれか一項に記載の光電子部品。
- 前記単一注入デバイス（Ｄｉ０）は、前記第１及び第２の光波（Ｏ１、Ｏ２）が前記Ｙ軸に垂直な方向Ｘに実質的に等しい伝搬方向に沿って伝搬するような態様で、前記第１及び第２の光波（Ｏ１、Ｏ２）を注入するように構成される、請求項１０に記載の光電子部品。
- 前記注入システム（Ｓｉ）は、前記第１の光波が前記ＸＹ平面内にある第１の伝搬方向（Ｘ１）に沿って伝搬するような態様で前記第１の光波（Ｏ１）を注入するように構成される第１の注入デバイス（Ｄｉ１）と、前記第２の光波が前記ＸＹ平面内にありかつ前記第１の伝搬方向（Ｘ１）とは異なる第２の伝搬方向（Ｘ２）に沿って伝搬するような態様で前記第２の光波（Ｏ２）を注入するように構成される第２の注入デバイス（Ｄｉ２）と、を含む、請求項１〜９のいずれか一項に記載の光電子部品。
- 前記第１及び第２の注入デバイス（Ｄｉ１、Ｄｉ２）のうちの１つの注入デバイスは、前記Ｙ軸に垂直な伝搬方向を示す、請求項１２に記載の光電子部品。
- 前記平板状ガイド（Ｇｐ）は、前記光波のうちの１つ（Ｏ２）の光路上に配置され、かつ選択された光偏向角（α２）だけ前記第２の光波を偏向させるような態様で前記第２の光波（Ｏ２）をそらせるように構成される、少なくとも１つのデフレクタ（ＭＰｈ）を更に含み、
その結果、前記フォトミキサ（ＰＭ）によって放射される前記信号（Ｓ）を、前記光偏向角（α２）に依存する偏角（Θ−Θｓ）に応じて偏向させることができる、請求項１２又は１３に記載の光電子部品。 - 前記デフレクタ（Ｍｐｈ）は、前記伝搬層（Ｃｐ）の一部の屈折率を変更するように構成された電気光学変調器であり、前記一部は前記ＸＹ平面内で角柱形状を示す、請求項１４に記載の光電子部品。
- 前記デフレクタは、独立して制御される複数の別個の移相器（Ｄｐｈ（１）、…、Ｄｐｈ（ｎ））を含む１つの位相変調器（Ｍｐｈ）である、請求項１４又は１５に記載の光電子部品。
- 前記別個の移相器の各々は、前記伝搬層（Ｃｐ）の一部の屈折率を変更するように構成された電気光学変調器である、請求項１６に記載の光電子部品。
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