JP4430582B2

JP4430582B2 - 光制御型フェーズドアレイアンテナ装置

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Publication number: JP4430582B2
Application number: JP2005162886A
Authority: JP
Inventors: 智浩秋山; 嘉仁平野
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2005-06-02
Filing date: 2005-06-02
Publication date: 2010-03-10
Anticipated expiration: 2025-06-02
Also published as: JP2006340087A

Description

この発明は、信号光とローカル光間の位相変動などの外乱を抑圧するために、空間で信号光とローカル光を分離する光制御型フェーズドアレイアンテナ装置に関するものである。

従来、この種の光制御型フェーズドアレイアンテナとして、マイクロ波信号の周波数だけ周波数が異なる第１と第２のビーム光を空間に放射し、第１のビーム光を、信号光として、空間光変調器によりアレイアンテナからの放射ビームのパターンに対応した強度分布の信号光ビームに変換し、フーリエ変換レンズにより空間的にフーリエ変換するとともに、第２のビーム光を、ローカル光ビームとし、前記の信号光ビームと空間的に重ね合わせ、重ね合わされた合成ビーム光を光ファイバアレイにより空間的にサンプリングし、そのサンプリング光を複数の光電変換器によるヘテロダイン検波により、複数のマイクロ波信号に変換した後、アレイアンテナを用いて空間に放射するものがある（例えば、特許文献１参照）。

特開２００３−３４７８２６号公報（図１参照）

ここで、大越、菊池著「コヒーレント光通信光学」、１９８９年６月２０日、オーム社発行の８９頁から９４頁に、２つの光の遅延時間差が大きくなると、それらをヘテロダイン検波したときのマイクロ波信号（ＩＦ信号）のスペクトル幅が大きくなる旨記載されている。これは、２つの光路間の光路長差が大きくなったり、変動したりすると、ヘテロダイン検波されたマイクロ波信号の強度が変動したり、位相雑音が大きくなることに相当する。

特許文献１の図１は、信号光ビームとローカル光ビームを異なる光ファイバを用いて伝送し、空間に出射する構成をとっているため、信号光ビーム用の光ファイバとローカル光ビーム用の光ファイバの長さを厳密に制御する必要がある。また、通常の光ファイバは温度により屈折率が変動（例えば、石英ガラスの屈折率の温度依存性は、６．７Ｘ１０＾（−６）／℃）するため、２つの光路間の光路長差は独立に変動する。さらに、光ファイバ増幅器を使用した場合も、２つの光路長つまり光ファイバの長さを一致させることがさらに困難となるという問題点があった。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は、温度変化などの外因によらず、スペクトル純度の高いマイクロ波信号を生成することができる光制御型フェーズドアレイアンテナ装置を得るものである。

この発明に係る光制御型フェーズドアレイアンテナ装置は、マイクロ波周波数で離調した２つのレーザ光ビームである信号光ビーム及びローカル光ビームを同一方向の直線偏光で空間に放射する光出力装置と、前記信号光ビーム及びローカル光ビームを透過する偏光ビームスプリッタと、前記偏光ビームスプリッタを透過した信号光ビーム及びローカル光ビームの偏光を円偏光のビームに変換する第１の４分の１波長板と、前記第１の４分の１波長板を透過した前記信号光ビーム及びローカル光ビームのうち、前記信号光ビームを反射し、前記ローカル光ビームを透過する光バンドパスフィルタと、前記光バンドパスフィルタを透過した前記ローカル光ビームの偏光方向を直線偏光のビームに変換する第２の４分の１波長板と、前記光バンドパスフィルタに反射し、前記第１の４分の１波長板で再び直線偏光に変換され、前記偏光ビームスプリッタで前記光出力装置と異なる方向に反射した信号光ビームの空間振幅位相分布を所定の振幅位相分布に変換し、前記第２の４分の１波長板からのローカル光ビームと空間的に合成したビーム光を出力する空間光振幅位相分布変換装置と、前記空間光振幅位相分布変換装置から出力されたビーム光を空間的にサンプリングする光ファイバアレイと、前記光ファイバアレイの出力をヘテロダイン検波することによりマイクロ波信号に変換する光電変換器と、前記光電変換器により変換されたマイクロ波信号を空間に放射するアレイアンテナとを設けたものである。

この発明に係る光制御型フェーズドアレイアンテナ装置は、温度変化などの外因によらず、スペクトル純度の高いマイクロ波信号を生成することができるという効果を奏する。

実施の形態１．
この発明の実施の形態１に係る光制御型フェーズドアレイアンテナ装置について図１から図３までを参照しながら説明する。図１は、この発明の実施の形態１に係る光制御型フェーズドアレイアンテナ装置の構成を示す図である。また、図２は、この発明の実施の形態１に係る光制御型フェーズドアレイアンテナ装置の光バンドパスフィルタの透過、反射特性を示す図である。さらに、図３は、この発明の実施の形態１に係る光制御型フェーズドアレイアンテナ装置の空間光振幅位相分布変換装置の構成を示す図である。なお、各図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。

図１において、この実施の形態１に係る光制御型フェーズドアレイアンテナ装置は、マイクロ波入力端子１１から入力したマイクロ波周波数（周波数｜ｆ_Ｓ−ｆ_Ｌ｜）で離調した同一偏波方向の周波数ｆ_Ｓの信号光と、周波数ｆ_Ｌのローカル光を出力する光マイクロ波光源１０と、偏波保存光ファイバ１２と、所定のビーム幅に変換してそれぞれ同一方向の直線偏光となる信号光ビーム５０とローカル光ビーム５１を空間に放射するレンズ１３と、信号光ビーム５０とローカル光ビーム５１を透過する偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）１と、ＰＢＳ１を透過した２つのビーム光の偏光を円偏光のビームに変換する４分の１波長板２と、４分の１波長板２を透過した２つのビーム光のうち、信号光ビーム５０は反射し、ローカル光ビーム５１を透過する光バンドパスフィルタ（光ＢＰＦ）３と、光ＢＰＦ３を透過したローカル光ビーム５１の偏光方向を直線偏光のビーム光に変換する４分の１波長板４と、光ＢＰＦ３に反射し、４分の１波長板２で再び直線偏光に変換され、ＰＢＳ１でレンズ１３と異なる方向に反射し、反射鏡１４でさらに反射した信号光ビーム５０の空間振幅位相分布を、アレイアンテナ３２への励振振幅位相分布に変換し、もう１つの反射鏡１４で反射したローカル光ビーム５１と空間的に合成したビーム光を出力する空間光振幅位相分布変換装置２０と、空間光振幅位相分布変換装置２０から出力されたビーム光を空間的にサンプリングする光ファイバアレイ３０と、光ファイバアレイ３０の出力をヘテロダイン検波することによりマイクロ波信号に変換する光電変換器３１と、光電変換器３１により発生したマイクロ波信号をマイクロ波ビーム３３として空間に放射するアレイアンテナ３２とが設けられている。

なお、この発明に係る光出力装置は、例えば、この実施の形態１では、光マイクロ波光源１０と、偏波保存光ファイバ１２と、レンズ１３とから構成される。

つぎに、この実施の形態１に係る光制御型フェーズドアレイアンテナ装置の動作について図面を参照しながら説明する。

光マイクロ波光源１０は、マイクロ波入力端子１１から入力したマイクロ波周波数（周波数｜ｆ_Ｓ−ｆ_Ｌ｜）で離調した同一偏波方向の周波数ｆ_Ｓの信号光と、周波数ｆ_Ｌのローカル光を出力する。この光マイクロ波光源１０は、例えば、レーザ光源と光変調器により実現できる。光マイクロ波光源１０から出射した信号光とローカル光は、偏波保存光ファイバ１２により偏光方向を維持しながら伝送され、レンズ１３により所定のビーム幅に変換されて空間に放射され、それぞれ同一方向の直線偏光となる信号光ビーム５０とローカル光ビーム５１となる。

信号光ビーム５０とローカル光ビーム５１は、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）１に入射する。このとき、信号光ビーム５０とローカル光ビーム５１の偏光方向を、ＰＢＳ１を透過する方向に設定し、信号光ビーム５０とローカル光ビーム５１を透過させる。このときの信号光ビーム５０とローカル光ビーム５１の偏向状態を１０１に示す。

ＰＢＳ１を透過した各ビーム５０、５１は、それらの偏光方向に対し、結晶軸が４５度傾いた１／４波長板２に入射し、それぞれ円偏光の光ビーム５０、５１となり出射する。このときの信号光ビーム５０とローカル光ビーム５１の偏向状態を１０２に示す。１／４波長板２を出射した光ビーム５０、５１を、図２に示すような、周波数ｆ_Ｓは反射、周波数ｆ_Ｌは透過する光バンドパスフィルタ（光ＢＰＦ）３に入力する。周波数ｆ_Ｓの信号光ビームは、光ＢＰＦ３により反射され、光ＢＰＦ３に入射した時と反対側の回転方向をした円偏光の信号光ビーム５０となる。このときの信号光ビーム５０とローカル光ビーム５１の偏向状態を１０５に示す。この信号光ビーム５０は、再び１／４波長板２に入射し、レンズ１３を出力した時と９０度傾いた方向の直線偏光に変換される。このときの信号光ビーム５０とローカル光ビーム５１の偏向状態を１０６に示す。この信号光ビーム５０は、再びＰＢＳ１に入射し、９０度傾いた方向に反射し、ＰＢＳ１から出射する。

一方、周波数ｆ_Ｌのローカル光ビーム５１は、光ＢＰＦ３を透過し、（このときの信号光ビーム５０とローカル光ビーム５１の偏向状態を１０３に示す。）もう１つの１／４波長板４により、レンズ１３を出力した時から９０度回転した直線偏光に変換され、前述のＰＢＳ１を反射した信号光ビーム５０と同一方向の直線偏光をしたビーム光に変換される。このときの信号光ビーム５０とローカル光ビーム５１の偏向状態を１０４に示す。

光ＢＰＦ３により、空間的に周波数で分離された信号光ビーム５０と、ローカル光ビーム５１は、それぞれ別の反射鏡１４で反射され、空間光振幅位相分布変換装置２０に入力された信号光ビーム５０は、所定の振幅／位相分布のビーム光に変換され、再び、ローカル光ビーム５１と空間的に合成されて出力される。この空間光振幅位相分布変換装置２０は、例えば、レンズのフーリエ変換を利用することにより実現できる。

ここで、レンズのフーリエ変換を利用した空間光振幅位相分布変換装置２０について、図３を用いて説明する。

図３において、信号光ビーム５０を光の空間強度分布を制御する空間光変調器２１に入力する。この空間光変調器２１は、制御信号入力端子２２からの制御信号に従い、入射信号光ビーム５０を、アレイアンテナ３２から放射させるマイクロ波ビーム３３の方向、形状に対応した強度分布の信号光ビーム５０に変換し、再び空間に出射する。空間光変調器２１を出射した信号光ビーム５０は、フーリエ変換光学系２４に入力し、空間的にフーリエ変換される。なお、空間光変調器２１としては、例えば、液晶を用いたものなどが既に実用化されている。

フーリエ変換された信号光ビーム５０と、ローカル光ビーム５１は、ビーム合成器２５により空間的に重ね合わされ、合成ビーム光となる。合成ビーム光は、上記のフーリエ変換光学系２４の後側焦点面２６を入射面とする光ファイバアレイ３０の各光ファイバに入射し、空間的にサンプルリングされる。この光ファイバアレイ３０は、所定の間隔を置いて、光ファイバの長手方向が平行になるように、並置された複数本の光ファイバから構成される。光ファイバアレイ３０の入射端には、各光ファイバへの合成ビーム光の結合効率を高めるために、レンズアレイを備えても良い。

合成ビーム光は、光ファイバアレイ３０を構成する各光ファイバに入射し、光ファイバを伝搬後、各光ファイバの出射端側に接続した各光電変換器３１に入力され、ヘテロダイン検波によりマイクロ波信号に変換される。なお、マイクロ波信号の周波数は、光マイクロ波光源１０の周波数に対応する。マイクロ波信号は、必要に応じて、マイクロ波増幅器などを介して、アレイアンテナ３２の各アンテナ素子に給電し、マイクロ波ビーム３３として空間に放射される。

実施の形態２．
この発明の実施の形態２に係る光制御型フェーズドアレイアンテナ装置について図４を参照しながら説明する。図４は、この発明の実施の形態２に係る光制御型フェーズドアレイアンテナ装置の構成を示す図である。

図４において、この実施の形態２に係る光制御型フェーズドアレイアンテナ装置は、上記実施の形態１の光マイクロ波光源１０の代わりに、波長可変型光マイクロ波光源４０を設けたものである。さらに、部分反射鏡（光分波手段）１５と、レンズ１６と、光検出器４１と、波長制御回路４２とを設けたものである。

なお、この発明に係る、離調周波数を維持したまま信号光ビーム５０及びローカル光ビーム５１の波長を可変できる波長可変型光出力装置は、例えば、この実施の形態２では、波長可変型光マイクロ波光源４０と、偏波保存光ファイバ１２と、レンズ１３とから構成される。また、この発明に係る光強度測定手段は、例えば、この実施の形態２では、レンズ１６と、光検出器４１とから構成される。

つぎに、この実施の形態２に係る光制御型フェーズドアレイアンテナ装置の動作について図面を参照しながら説明する。上記の実施の形態１と同一の構成要素については、説明を省略する。

波長可変型光マイクロ波光源４０は、マイクロ波入力端子１１から入力したマイクロ波周波数（周波数｜ｆ_Ｓ−ｆ_Ｌ｜）で離調した同一偏波方向の周波数ｆ_Ｓの信号光、周波数ｆ_Ｌのローカル光を出力する。信号光の周波数ｆｓとローカル光の周波数ｆ_Ｌは、周波数差を一定に保ちながら可変する。このような、波長可変型光マイクロ波光源４０は、例えば、上記の実施の形態１で述べた光マイクロ波光源１０で用いるレーザの温度を制御することなどで実現できる。

波長可変型光マイクロ波光源４０を出射した信号光、ローカル光は、上記実施の形態１と同様に、偏光ビームスプリッタ１、１／４波長板２、光ＢＰＦ３に入射する。ローカル光ｆ_Ｌは、光ＢＰＦ３を透過し、１／４波長板４を透過後、部分反射鏡１５で一部は反射して空間光振幅位相分布変換装置２０に入射し、一部は透過してレンズ１６により集光され、光検出器４１に入射する。この光検出器４１では、ローカル光５２の強度を出力する。

光ＢＰＦ３の透過帯域、ローカル光５１の周波数は、各々の製造誤差、温度変化などによりずれることがある。この場合、ローカル光５１の光ＢＰＦ３の透過率が劣化することとなり、ダイナミックレンジが劣化したり、透過しなかった成分は反射し、信号光５０と同一の光路をたどるために、ゴースト光となる。

光検出器４１の出力は、波長制御回路４２に入力する。この波長制御回路４２は、光検出器４１の出力が最大となるように、つまり、光ＢＰＦ３の透過帯域とローカル光５１の波長（周波数）が一致するように、波長可変型光マイクロ波光源４０の波長を制御する。これにより、温度変化などにより光ＢＰＦ３の特性が変化しても、ローカル光５１の透過率の劣化を抑制できるため、ダイナミックレンジの劣化を抑制できる。なお、部分反射鏡１５を偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）にし、１／４波長板４の回転角により、１／４波長板４を透過したローカル光５１の偏光状態を調節することにより、偏光ビームスプリッタの透過光の一部を透過させてもよい。

実施の形態３．
この発明の実施の形態３に係る光制御型フェーズドアレイアンテナ装置について図５を参照しながら説明する。図５は、この発明の実施の形態３に係る光制御型フェーズドアレイアンテナ装置の構成を示す図である。

図５において、この実施の形態３に係る光制御型フェーズドアレイアンテナ装置は、光ＢＰＦ３として、例えば、エタロン（波長可変型光バンドパスフィルタ）を用いたものである。さらに、部分反射鏡（光分波手段）１５と、レンズ１６と、光検出器４１と、帯域制御回路４３と、温度制御装置４４とを設けたものである。

なお、この発明に係る光強度測定手段は、例えば、この実施の形態３では、レンズ１６と、光検出器４１とから構成される。

上記の実施の形態１及び２と同一の構成要素については説明を省略する。光マイクロ波光源１０を出射した信号光、ローカル光は、上記実施の形態１と同様に、偏光ビームスプリッタ１、１／４波長板２、光ＢＰＦ３に入射する。ローカル光ｆ_Ｌは、光ＢＰＦ３を透過し、１／４波長板４を透過後、部分反射鏡１５で一部は反射して空間光振幅位相分布変換装置２０に入射し、一部は透過してレンズ１６により集光され、光検出器４１に入射する。この光検出器４１では、ローカル光５２の強度を出力する。

光検出器４１の出力は、光ＢＰＦ３の帯域制御回路４３に入力する。この帯域制御回路４３は、光検出器４１の出力が最大となるように、光ＢＰＦ３の透過波長を制御する。波長の制御手段としては、光ＢＰＦ３の温度を制御するなどの手段がある。例えば、光ＢＰＦ３がエタロンにより構成されている場合、ＢＰＦの透過帯域は、エタロンを構成する共振器の光学長により決定されるため、この光学長は、（共振器の長さ）×（共振器を構成する媒質の屈折率）である。通常の光学材料は、温度により、長さ、屈折率が僅かに変化するため、温度制御装置４４によって光ＢＰＦ３の温度を制御することにより、透過波長を制御することが可能である。温度制御装置４４としては、例えばペルチェ素子などがある。

以上により、光マイクロ波光源１０の周波数（波長）が変化しても、光ＢＰＦ３の透過率の劣化を抑制できるため、ダイナミックレンジの劣化を抑制することが可能となる。

実施の形態４．
この発明の実施の形態４に係る光制御型フェーズドアレイアンテナ装置について図６を参照しながら説明する。図６は、この発明の実施の形態４に係る光制御型フェーズドアレイアンテナ装置の構成を示す図である。また、図７は、この発明の実施の形態４に係る光制御型フェーズドアレイアンテナ装置の光バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）の透過、反射特性を示す図である。

上記の実施の形態１と同一の構成要素については説明を省略する。波長帯の異なる複数の信号光とローカル光の組合せを同時に使用する。

なお、この発明に係る光出力装置は、例えば、この実施の形態４では、複数の光マイクロ波光源１０_１〜光マイクロ波光源１０_ｎと、光合成器１７と、偏波保存光ファイバ１２と、レンズ１３とから構成される。

光マイクロ波光源１０_１は、マイクロ波入力端子１１_１から入力したマイクロ波周波数（周波数｜ｆ_Ｓ１−ｆ_Ｌ１｜）で離調した同一偏波方向の周波数ｆ_Ｓ１の信号光と、周波数ｆ_Ｌ１のローカル光を出力する。また、光マイクロ波光源１０_２は、前記と同様にマイクロ波入力端子１１_２から入力したマイクロ波周波数（周波数｜ｆ_Ｓ２−ｆ_Ｌ２｜）で離調した同一偏波方向の周波数ｆ_Ｓ２の信号光と、周波数ｆ_Ｌ２のローカル光を出力する。同様に、光マイクロ波光源１０_ｎは、前記と同様にマイクロ波入力端子１１_ｎから入力したマイクロ波周波数（周波数｜ｆ_Ｓｎ−ｆ_Ｌｎ｜）で離調した同一偏波方向の周波数ｆ_Ｓｎの信号光と、周波数ｆ_Ｌｎのローカル光を出力する。このように、複数であるｎ（≧２）個の光マイクロ波光源１０_１から１０_ｎにより、ｎ個の信号光、ローカル光が出力される。

各光マイクロ波光源から出力された、信号光、ローカル光を光合成器１７により合成した後、レンズ１３により所定のビーム幅に変換して空間に放射し、それぞれ同一方向の直線偏光のｎ組の信号光ビーム５０とローカル光ビーム５１となる。各信号光ビーム５０とローカル光ビーム５１は、上記実施の形態１と同様に、ＰＢＳ１、１／４波長板２、光ＢＰＦ３に入射する。

ここで、光ＢＰＦ３の透過、反射特性を、図７に示すように、各ローカル光が透過、各信号光が反射するように設定する。

光ＢＰＦ３の特性は、例えばファブリペローエタロンのような共振器型のフィルタを用いれば、共振器長の設定により、所望の周期周波数（波長）間隔ｆ_０で透過波長を決めることができる。ここで、例えば、光マイクロ波光源１０_１から出力したローカル光の周波数ｆ_Ｌ１を基準に、光マイクロ波光源１０_２から出力したローカル光の周波数をｆ_Ｌ２＝ｆ_Ｌ１＋ｋ１×ｆ_０、光マイクロ波光源１０_ｎから出力したローカル光の周波数をｆ_Ｌｎ＝ｆ_Ｌ１＋ｋｎ×ｆ_０とする。ただし、係数ｋ１、・・・、ｋｎは、同一の値をとらない、０以外の任意の整数である。

ここで、各光マイクロ波光源１０_１から１０_ｎは、上記実施の形態２と同様に、それぞれ波長可変型光マイクロ波光源４０_１から４０_ｎであっても良い。これにより、各光源から放射したローカル光と、光ＢＰＦ３の透過域を一致させることが容易になる。

また、上記実施の形態３と同様に、光ＢＰＦ３を透過した光の一部を光検出器４１に入力することにより、各ローカル光の出力が最大となるように、光ＢＰＦ３の透過波長を制御しても良い。

以上により、ｎ個のローカル光ｆ_Ｌ１、ｆ_Ｌ２、・・・、ｆ_Ｌｎは、光ＢＰＦ３を透過し、１／４波長板４を透過後、空間光振幅位相分布変換装置２０に入力される。一方、ｎ個の信号光ｆ_Ｓ１、ｆ_Ｓ２、・・・、ｆ_Ｓｎは、光ＢＰＦ３で反射し、再び、１／４波長板２を透過、ＰＢＳ１を反射し、空間光振幅位相分布変換装置２０に入力される。

空間光振幅位相分布変換装置２０内で、前述のように信号光ビーム、ローカル光ビームを所望のアンテナ放射ビーム形状、方向に対応したアンテナ励振振幅、位相分布に変換し、光ファイバアレイ３０で空間的にサンプリングし、光電変換器３１でヘテロダイン検波することにより、各光電変換器３１でｎ種類のマイクロ波（周波数｜ｆ_Ｓ１−ｆ_Ｌ１｜、｜ｆ_Ｓ２−ｆ_Ｌ２｜、・・・、｜ｆ_Ｓｎ−ｆ_Ｌｎ｜）が発生し、これをアレイアンテナ３２に給電することにより、複数のｎ本のマイクロ波ビーム３３が放射する。

実施の形態５．
この発明の実施の形態５に係る光制御型フェーズドアレイアンテナ装置について図８を参照しながら説明する。図８は、この発明の実施の形態５に係る光制御型フェーズドアレイアンテナ装置の構成を示す図である。

既に述べた実施の形態と同一の構成要素については説明を省略する。上記各実施の形態の１／４波長板２、１／４波長板４の代わりに、それぞれ４５度回転ファラディー回転子８、４５度回転ファラディー回転子９を用いる。

光マイクロ波光源１０を出力しＰＢＳ１を透過した直線偏光の信号光ビーム５０、ローカル光ビーム５１は、ファラディー回転子８を透過後、偏光方向が４５度回転し、光バンドパスフィルタ３に入射する。このときの信号光ビーム５０とローカル光ビーム５１の偏向状態を１１０に示す。光ＢＰＦ３により反射した信号光ビーム光５０は、（このときの信号光ビーム５０とローカル光ビーム５１の偏向状態を１１２に示す。）再び、ファラディー回転子８に入射し、さらに４５度偏向し、あわせてＰＢＳ１の透過後の偏光方向に対し９０度傾き、再びＰＢＳ１に入射する。このときの信号光ビーム５０とローカル光ビーム５１の偏向状態を１０６に示す。ＰＢＳ１により９０度方向に反射し出力する。

一方、光ＢＰＦ３を透過したローカル光ビーム光５１は、（このときの信号光ビーム５０とローカル光ビーム５１の偏向状態を１１１に示す。）４５度回転ファラディー回転子９によりさらに４５度偏向させ、あわせてＰＢＳ１出力時に対し９０度回転する。このときの信号光ビーム５０とローカル光ビーム５１の偏向状態を１０４に示す。

以上のように、信号光ビーム５０、ローカル光ビーム５１を空間的に分離した後、空間光振幅位相分布変換装置２０に各ビームを入力しても、上記実施の形態１乃至４と同様に効果が得られる。

実施の形態６．
この発明の実施の形態６に係る光制御型フェーズドアレイアンテナ装置について図９を参照しながら説明する。図９は、この発明の実施の形態６に係る光制御型フェーズドアレイアンテナ装置の空間光振幅位相分布変換装置の構成を示す図である。

上記の実施の形態１乃至５における空間光振幅位相分布変換装置２０を、空間位相変調器２６を利用して実現することもできる。

図９において、信号光ビーム５０は光の空間位相分布を制御する空間位相変調器２６に入力する。この空間位相変調器２６は、制御信号入力端子２７からの制御信号に従い、入射信号光ビーム５０の位相分布を、アレイアンテナ３２に入力するマイクロ波信号の位相分布と同じ分布に変換し、再び空間に出射する。空間位相変調器２６としては、例えば、液晶を用いたものなどが既に実用化されている。

空間位相変調器２６を出射した信号光ビーム５０と、ローカル光ビーム５１は、ビーム合成器２５により空間的に重ね合わされ、合成ビーム光となる。合成ビーム光は、光ファイバアレイ３０により空間的にサンプリングされる。

この発明の実施の形態１に係る光制御型フェーズドアレイアンテナ装置の構成を示す図である。この発明の実施の形態１に係る光制御型フェーズドアレイアンテナ装置の光バンドパスフィルタの透過、反射特性を示す図である。この発明の実施の形態１に係る光制御型フェーズドアレイアンテナ装置の空間光振幅位相分布変換装置の構成を示す図である。この発明の実施の形態２に係る光制御型フェーズドアレイアンテナ装置の構成を示す図である。この発明の実施の形態３に係る光制御型フェーズドアレイアンテナ装置の構成を示す図である。この発明の実施の形態４に係る光制御型フェーズドアレイアンテナ装置の構成を示す図である。この発明の実施の形態４に係る光制御型フェーズドアレイアンテナ装置の光バンドパスフィルタの透過、反射特性を示す図である。この発明の実施の形態５に係る光制御型フェーズドアレイアンテナ装置の構成を示す図である。この発明の実施の形態６に係る光制御型フェーズドアレイアンテナ装置の空間光振幅位相分布変換装置の構成を示す図である。

符号の説明

１偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）、２１／４波長板、３光バンドパスフィルタ（光ＢＰＦ）、４１／４波長板、８４５度回転ファラディー回転子、９４５度回転ファラディー回転子、１０光マイクロ波光源、１１マイクロ波入力端子、１２偏波保存光ファイバ、１３レンズ、１４反射鏡、１５部分反射鏡、１６レンズ、１７光合成器、２０空間光振幅位相分布変換装置、２１空間光変調器、２２制御信号入力端子、２４フーリエ変換光学系、２５ビーム合成器、２６空間位相変調器、２７制御信号入力端子、３０光ファイバアレイ、３１光電変換器、３２アレイアンテナ、４０波長可変型光マイクロ波光源、４１光検出器、４２波長制御回路、４３帯域制御回路、４４温度制御装置。

Claims

マイクロ波周波数で離調した２つのレーザ光ビームである信号光ビーム及びローカル光ビームを同一方向の直線偏光で空間に放射する光出力装置と、
前記信号光ビーム及びローカル光ビームを透過する偏光ビームスプリッタと、
前記偏光ビームスプリッタを透過した信号光ビーム及びローカル光ビームの偏光を円偏光のビームに変換する第１の４分の１波長板と、
前記第１の４分の１波長板を透過した前記信号光ビーム及びローカル光ビームのうち、前記信号光ビームを反射し、前記ローカル光ビームを透過する光バンドパスフィルタと、
前記光バンドパスフィルタを透過した前記ローカル光ビームの偏光方向を直線偏光のビームに変換する第２の４分の１波長板と、
前記光バンドパスフィルタに反射し、前記第１の４分の１波長板で再び直線偏光に変換され、前記偏光ビームスプリッタで前記光出力装置と異なる方向に反射した信号光ビームの空間振幅位相分布を所定の振幅位相分布に変換し、前記第２の４分の１波長板からのローカル光ビームと空間的に合成したビーム光を出力する空間光振幅位相分布変換装置と、
前記空間光振幅位相分布変換装置から出力されたビーム光を空間的にサンプリングする光ファイバアレイと、
前記光ファイバアレイの出力をヘテロダイン検波することによりマイクロ波信号に変換する光電変換器と、
前記光電変換器により変換されたマイクロ波信号を空間に放射するアレイアンテナと
を備えたことを特徴とする光制御型フェーズドアレイアンテナ装置。
前記光出力装置の代りに、マイクロ波周波数で離調した２つのレーザ光ビームである信号光ビーム及びローカル光ビームを同一方向の直線偏光で空間に放射し、離調周波数を維持したまま前記信号光ビーム及びローカル光ビームの波長を可変できる波長可変型光出力装置を備え、
前記第２の４分の１波長板を透過した前記ローカル光ビームの一部を分波する光分波手段と、
前記光分波手段により分波された前記ローカル光ビームの強度を測定する光強度測定手段と、
前記光強度測定手段により測定された前記ローカル光ビームの強度が最大となるように、前記波長可変型光出力装置の波長を制御する波長制御回路とをさらに備えた
ことを特徴とする請求項１記載の光制御型フェーズドアレイアンテナ装置。
前記光バンドパスフィルタの代わりに、前記信号光ビーム及びローカル光ビームのうち、前記信号光ビームを反射し、前記ローカル光ビームを透過し、透過波長を可変できる波長可変型光バンドパスフィルタを備え、
前記第２の４分の１波長板を透過した前記ローカル光ビームの一部を分波する光分波手段と、
前記光分波手段により分波された前記ローカル光ビームの強度を測定する光強度測定手段と、
前記光強度測定手段により測定された前記ローカル光ビームの強度が最大となるように、前記波長可変型光バンドパスフィルタの透過波長を制御する帯域制御回路とをさらに備えた
ことを特徴とする請求項１記載の光制御型フェーズドアレイアンテナ装置。
前記光出力装置は、異なる波長帯の複数組の信号光ビーム及びローカル光ビームを同一方向の直線偏光で空間に放射し、
前記光バンドパスフィルタは、前記光出力装置から放射した複数のローカル光ビームを透過する
ことを特徴とする請求項１記載の光制御型フェーズドアレイアンテナ装置。
前記光出力装置の代りに、マイクロ波周波数で離調した２つのレーザ光ビームである信号光ビーム及びローカル光ビームを複数組同一方向の直線偏光で空間に放射し、離調周波数を維持したまま前記複数組の信号光ビーム及びローカル光ビームの波長をそれぞれ可変できる波長可変型光出力装置を備え、
前記第２の４分の１波長板を透過した複数のローカル光ビームの一部を分波する光分波手段と、
前記光分波手段により分波された複数のローカル光ビームの強度を測定する光強度測定手段と、
前記光強度測定手段により測定された複数のローカル光ビームの強度がそれぞれ最大となるように、前記波長可変型光出力装置の複数の波長を制御する波長制御回路とをさらに備えた
ことを特徴とする請求項４記載の光制御型フェーズドアレイアンテナ装置。
前記第１及び第２の４分の１波長板の代りに、第１及び第２の４５度回転ファラディー回転子を備えた
ことを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれかに記載の光制御型フェーズドアレイアンテナ装置。
前記光分波手段の代わりに、偏光ビームスプリッタを備えた
ことを特徴とする請求項２、３又は５記載の光制御型フェーズドアレイアンテナ装置。
前記空間光振幅位相分布変換装置は、
前記信号光ビームの空間強度分布に強度変調を行う空間光変調器と、
前記空間光変調器により強度変調された前記信号光ビームを空間的にフーリエ変換するフーリエ変換光学系とを有する
ことを特徴とする請求項１から請求項７までのいずれかに記載の光制御型フェーズドアレイアンテナ装置。
前記空間光振幅位相分布変換装置は、
前記信号光ビームの空間位相分布に位相変調を与える空間位相変調器を有する
ことを特徴とする請求項１から請求項７までのいずれかに記載の光制御型フェーズドアレイアンテナ装置。