JP5201640B2 - ファイバ無線用ユニット及びファイバ無線用システム - Google Patents

Description

本発明は，ファイバ無線用ユニットなどに関する。

光ファイバ無線システムにおいて，ミリ波信号と光信号を相互に変換するインターフェース技術の開発が重要である。特にアップリンクにおいては，受信した微弱なミリ波信号を電気増幅してから，レーザや変調器を動作させており，各基地局の構成の複雑さ，設置コストや消費電力の増加などが問題となり，普及の障害となることが予想される。このため，特開２００１−５３５４２号公報には，電波信号を光信号に変換して受信，または光信号を電波信号に変換して送信するアンテナ装置が開示されている。

しかしながら，この公報に開示されたアンテナ装置は，数個の直列アンテナエレメントを有するものである。すなわち，同公報では，システムの大規模化などが意図されていないので，移動体に対する無線ＬＡＮに用いることが難しい。具体的には，同公報では，大規模アレイの構成，アンテナと光変調器アレイとの接続技術，多段な光変調器の光損失補償技術などが未確立であって，数個の直列アンテナエレメントを有するものとされている。
特開２００１−５３５４２号公報

本発明は，特に移動体に対して，十分な伝送量を送受信できるファイバ無線用ユニット及びファイバ無線用システムを提供することを目的とする。

本発明の第１の側面は，アンテナアレイ（１）と光変調器アレイ（２）とを含むファイバ無線用ユニット（３）に関する。

アンテナアレイ（１）は，２次元に並んだ複数のアンテナエレメント（５）を有する。また，光変調器アレイ（２）は，複数のアンテナエレメント（５）とそれぞれ電気回路を介して接続された複数の光変調器（７）を有する。光変調器（７）は，対応するアンテナエレメント（５）と，位相補償器（６）を有する電気回路を介して接続されるものが好ましい。また，アンテナアレイ層（１０）は，前記基板（９）上に設けられた層に形成され，アンテナエレメントは，アンテナアレイ層（１０）に設けられたコンタクトホールを介して，基板（９）に設けられた給電部（２５）と電気的に接続されるものが好ましい。

そして，光変調器アレイ（２）は，基板（９）と，光導入部（１１）と，光導波路（１３）と，光出力部（１５）と，複数の光変調器（７）とを有する。基板（９）は，複数のアンテナエレメント（５）が設けられたアンテナアレイ層（１０）と平行に設けられる。光導入部（１１）は，基板（９）に信号光を導入するため部位である。光導波路（１３）は，光導入部（１１）から入射した信号光が伝播する部位であり，基板（９）に設けられる。光出力部（１５）は，光導波路（１３）を経た信号光が，基板（９）から出力される部位である。複数の光変調器（７）は，光導波路（１３）に設けられる。

複数の光変調器（７）は，それぞれの光変調器（７）の給電点（２５）が，複数のアンテナエレメント（５）に対応する位置に設けられる。光導波路（１３）は，複数の光変調器（７）のうち，ある行に含まれる光変調器（７）に沿った行状光導波路（１３）を複数行有する。

光変調器アレイ（２）は，さらに，隣接する２つの行状導波路を接続するための反射部（１７）を有する。これにより，光導入部（１１）に入射した信号光が，各行状光導波路（１３）を経由し，光出力部（１５）から出力される。

本発明の第２の側面は，本発明の第１の側面に係るファイバ無線用ユニット（３）を有するファイバ無線用システムに関する。ファイバ無線用システムにおいて，本明細書におけるあらゆる態様のファイバ無線用ユニット（３）を採用することができる。具体的には，線路に沿って設けられた複数のファイバ無線用ユニットを有するファイバ無線システムであって，前記ファイバ無線用ユニットのうち隣接するものは，光学的に接続されており，前記線路を移動する移動体から送信された無線信号を受信して，受信信号を光変調信号に変えることができ，一方，前記線路を移動する移動体へ所定の情報を無線にて送信でき，前記複数のファイバ無線用ユニットのそれぞれのファイバ無線用ユニットは，２次元に並んだ複数のアンテナエレメント（５）を有するアンテナアレイ（１）と，前記複数のアンテナエレメント（５）とそれぞれ電気回路を介して接続された複数の光変調器（７）を有する光変調器アレイ（２）と，を含む，ファイバ無線用ユニットであって，前記光変調器アレイ（２）は，前記複数のアンテナエレメント（５）が設けられたアンテナアレイ層（１０）と平行に設けられた基板（９）と，前記基板（９）に信号光を導入するための，光導入部（１１）と，前記光導入部（１１）から入射した信号光が伝播する，前記基板（９）に設けられた光導波路（１３）と，前記光導波路（１３）を経た信号光が前記基板（９）から出力される，光出力部（１５）と，前記光導波路（１３）に設けられた複数の光変調器（７）と，を有し，前記複数の光変調器（７）は，それぞれの光変調器（７）の給電点（２５）が，前記複数のアンテナエレメント（５）に対応する位置に設けられ，前記光導波路（１３）は，前記複数の光変調器（７）のうち，ある行に含まれる光変調器（７）に沿った行状光導波路（１３）を，複数行有し，前記光変調器アレイ（２）は，さらに，隣接する２つの行状導波路を接続するための反射部（１７）を有し，これにより，前記光導入部（１１）に入射した信号光が，各行状光導波路（１３）を経由し，前記光出力部（１５）から出力される，ファイバ無線システムに関する。

本発明によれば，特に移動体に対して，十分な伝送量を送受信できるファイバ無線用ユニット及びファイバ無線用システムを提供できる。

以下，図面を用いて，本発明の最良の実施形態を説明する。図１は，本発明のファイバ無線用ユニットの例を示す概念図である。図２は，アンテナアレイと光変調器アレイとを空間的に分離した場合の概念図を示す。

図１及び図２に示されるように，本発明のファイバ無線用ユニットは，アンテナアレイ（１）と光変調器アレイ（２）とを含む。

アンテナアレイ（１）は，２次元に並んだ複数のアンテナエレメント（５）を有する。図１及び図２に示される例では，それぞれのアンテナエレメント（５ａ，５ｂ，５ｃ，・・・）は，２次元に格子状に配置されている。それぞれのアンテナエレメントは，たとえば，特開２００１−５３５４２号公報に開示されたものを適宜用いることができる。

光変調器アレイ（２）は，複数の光変調器（７）を有する。それぞれの光変調器（７）は，それぞれ対応するアンテナエレメント（５）と，位相補償器（６）を有する電気回路を介して接続される。位相補償器は公知である。位相補償器を有することで，光信号と，アンテナで受信した電気信号とのタイミングを制御できる。なお，図２に示される例では，位相補償器が光変調器側に設けられている。しかしながら，位相補償器はアンテナアレイ側に設けられてもよい。また，電気回路として，たとえば，特開２００１−５３５４２号公報に開示されたものを適宜用いることができる。

具体的には，特開２００１−５３５４２号公報に記載されるように，ｎ個（ｎは２以上の正の整数）のアンテナエレメントを直線上に均等配置してなるアレイアンテナと，上記アレイアンテナにおける第１番目から第ｎ番目までのアンテナエレメントと各々電気回路を介して接続されるｎ個の光電・電光変換手段（光変調器）と，上記各光電・電光変換手段の第１番目から第ｎ番目までを等間隔で通過する光伝送路と，を備え，隣接する第ｘ番目（ｘは任意の整数で，２≦ｘ≦ｎ）の光電・電光変換手段とアンテナエレメントを接続する電気回路の回路特性と，第ｘ−１番目の光電・電光変換手段とアンテナエレメントを接続する電気回路の回路特性とが，Δφ_E＋Δφ_Ｐ−２π・ｄ・ｓｉｎθ／λ＝２πＮの関係（Δφ_E：ｘ番目の電気回路とｘ−１番目の電気回路で生ずる高周波信号の位相遅れの差，Δφ_P：ｘ番目の光電・電光変換手段とｘ−１番目の光電・電光変換手段との間の光伝送路を光が通過する通過時間差ΔＴを補償するために必要な高周波信号の位相差，ｄ：ｘ番目のアンテナエレメントとｘ−１番目のアンテナエレメントとの間隔，θ：受信波もしくは送信波の波面とアンテナ面とがなす角，λ：電気信号の波長，Ｎ：任意の整数）を満たすように，第１番目〜第ｎ番目の電気回路の回路特性を設定すればよい。

そして，光変調器アレイ（２）は，基板（９）と，光導入部（１１）と，光導波路（１３）と，光出力部（１５）と，複数の光変調器（７）とを有する。基板（９）は，複数のアンテナエレメント（５）が設けられたアンテナアレイ層（１０）と平行に設けられる。光導入部（１１）は，基板（９）に信号光を導入するため部位である。光導波路（１３）は，光導入部（１１）から入射した信号光が伝播する部位であり，基板（９）に設けられる。このように基板に設けられた光導波路自体は公知である。一方，本発明においては，図１及び図２に示されるように複数段折り返し式の導波路を用いる。折り返し式の導波路は，たとえば，複数段の平行部分と，平行部分の先端部分に位置し隣接する平行部分を結ぶために先が細くなって合わさる部分とを有する。

光出力部（１５）は，光導波路（１３）を経た信号光が，基板（９）から出力される部位である。複数の光変調器（７）は，光導波路（１３）に設けられる。このように光導波路に設けられた光変調器自体は公知である。すなわち，光導波路を伝播する光に対して，位相変調や強度変調などの変調を施すことができるようにされている。図１及び図２に示されるように，光導波路（１３）は，複数の光変調器（７）のうち，ある行に含まれる光変調器（７）に沿った行状光導波路（１３）を複数行有する。導波路は，ＬｉＮｂＯ_３基板やＬｉＴａＯ_３基板などの強誘電体を用いたチタンなどを拡散した導波路があげられる。また，プロトン交換による導波路を用いても良い。また，リッジ導波路を用いても良い。さらに，これらを組合わせた導波路を用いても良い。本発明のファイバ無線用ユニットは，伝搬長が長く，さらに反射構造をもつため，光損失が大きい。よって，損失を補償するような原料を光導波路に添加し，光励起による損失補償を行うことが好ましい。たとえば，信号光として１５５０ｎｍの光を用いる場合，１５５０ｎｍ帯の光増幅原子で知られるエルビウム（Ｅｒ）などを光導波路に対して拡散してもよいし，結晶成長段階において添加してもよい。光導波路として，光導波路合波部で光を反射させ，多段に折り返した，反射型折り返し光導波路が好ましい。これにより，光導波路上部に設ける変調電極（共振型，進行波型）を多数，またはより長く配置することができ，光と電気の相互作用長を伸ばすことができるため，より低電圧で駆動することができる。

光変調器として，強度変調器，又は位相変調器があげられる。図３は，光変調器として位相変調器を用いた場合の導波路の例を示す図である。図３において，符号２１は，分極反転領域を示す。なお，図３において，正負の符号は，折り返し導波路に合わせた部分的な分極反転領域の例を示す。図３に示される例では，光導入部（１１）に入力された信号は，導波路（１３）を伝播する際に，導波路（１３）に沿って設けられる位相変調器により位相変調が施される。この位相変調器は，アンテナエレメント（５）と電気的に接続されている。そして，位相変調器は，信号に対し，アンテナエレメント（５）が受信した微弱な電波を反映した位相変調を施すこととなる。光導波路に分極反転領域が設けられるので，光変調を効率よく行うことができる。分極反転領域は，たとえば，基板の分極方向（結晶軸の方向）を反転させた領域である。分極反転領域は，たとえば，導波路の直線部分に沿うように設ければよい。また，図３に例示されるように，偶数番目の行にのみ分極反転領域を設けるようにしても良い。

図４は，光変調器として強度変調器を用いた場合の導波路の例を示す図である。図４Ａは，マッハツェンダー型の導波路を用いた場合の導波路の例を示す。図４Ｂは，遅延制御を行った場合の強度変調器の例を示す。図４Ｂ中，符号２３は遅延制御器である。マッハツェンダー導波路を用いた強度変調器の作動原理や遅延制御を行った場合の強度変調器の作動原理は公知である。図４Ａ及び図４Ｂともに，図３に示される導波路のものと同様にして入力信号に変調を施すことができる。

図５は，アンテナアレイの例を示す図である。図５Ａは，ダイポールアンテナアレイの例を示す図である。図５Ｂは，マイクロストリップアンテナアレイ（ＭＳＡ）の例を示す図である。図５Ａでは，７行４列のダイポールアンテナアレイが図示されている。図５Ｂでは，７行４列のＭＳＡアレイが図示されている。本発明のアンテナアレイは，これ以外の行数及び列数を採用することができる。マイクロストリップアンテナ（ＭＳＡ）は，たとえば，円形または方形の平面回路用共振素子を銅箔付きプリント基板上にエッチング技術などにより構成される平面アンテナの一種である。すなわち，本明細書におけるアンテナエレメントとして，ダイポールアンテナ又はマイクロストリップアンテナがあげられる。たとえば，光導波路に沿って形成した光変調電極の給電点（２５）に合わせて，アンテナ電極を２次元アレイ状に配置する。

図６は，２次元変調器アレイの例を示す図である。図６Ａは，共振型電極アレイの例を示す。図６Ｂは，進行波型電極アレイの例を示す。光導波路に沿って，その上部に光変調電極を２次元アレイ状に形成する。符号２５は，光変調電極の給電点を示す。給電点（２５）の前後には，位相補償器（６）を有するものが好ましい。光変調電極には，高密度な集積が可能な共振型電極構造や，長い電極を構成できる進行波型電極構造を用いればよい。

複数の光変調器（７）は，それぞれの光変調器（７）の給電点（２５）が，複数のアンテナエレメント（５）に対応する位置に設けられる。このようにすることで，対応するアンテナエレメントと対応した光変調器を用意することができる。そして，光導波路を伝播する信号に対し，アンテナエレメントごとに対応した変調を施すことができることとなる。

２次元に並んだアンテナアレイと光変調器アレイを同一平面において接続することは難しい。そこで，本発明ではこれらを平行に設置する。そして，アンテナアレイ（１）と光変調器アレイ（２）が，モノリシックにひとつの基板（９）に形成されたものは，本発明の好ましい態様のひとつである。すなわち，アンテナアレイ（１）及び光変調器アレイ（２）の一方の基板にもう一方が形成されるものが好ましい。この態様では，アンテナアレイ（１）と光変調器アレイ（２）とが，ひとつの回路を形成する。このようにモノリシックにすることで，あるアンテナアレイと，それに対応する光変調器とを容易に電気的に接続することができる。アンテナアレイ層（１０）を構成するアンテナ基板，又は基板（９）のいずれかの基板上に，もう片方の層を積層するものがあげられる。具体的には，アンテナ基板上に，光変調器アレイ（２）を含む層を積層してもよい。また，光変調器アレイ（２）を含む基板（９）上に，アンテナアレイ層（１０）を積層してもよい。具体的には，ＬｉＮｂ０_３などの基板に光導波路と変調電極を設ける。その後，ＳｉＯ_２や樹脂などで層を形成する。そして，この層の上部にアンテナアレイを形成する。そして，この層の給電点に位置する部位にはコンタクトホールを空けておき，このコンタクトホールを介して各アンテナと電気的に接続する。

アンテナアレイ（１）は，アンテナ基板を有するものでもよい。この場合，複数のアンテナエレメント（５）は，アンテナ基板に設けられる。すなわち，アンテナ基板が，アンテナアレイ層（１０）として機能する。そして，このアンテナ基板と基板（９）とが接続される。このようにアンテナアレイ層（１０）としてアンテナ基板を用い，このアンテナ基板と基板（９）とを接続してもよい。具体的には，各アンテナエレメントとこれに対応する変調器とが電気回路を介して接続される。この電気回路の例は，特開２００１−５３５４２号公報に開示されたものであっても良い。この電気回路の各構成も，特開２００１−５３５４２号公報に開示されたものであっても良い。また，電気回路は，フラット同軸ケーブル，フリップチップボンディングにより形成されたボンディング，又はウェハフュージョンにより形成された薄膜を含むものであってもよい。

光変調器アレイ（２）は，さらに，隣接する２つの行状導波路を接続するための反射部（１７）を有する。これにより，光導入部（１１）に入射した信号光が，各行状光導波路（１３）を経由し，光出力部（１５）から出力される。

反射部（１７）の例は，基板（９）端面に設けられた金属反射鏡，誘電体多層膜反射鏡，又は回折格子反射鏡である。図７は，反射部の概念図である。図７Ａは金属反射鏡を示す。図７Ｂは，誘電体多層膜反射鏡を示す。図７Ｃは，回折格子反射鏡を示す。これらは，公知であるから，入射する光などに応じて，適宜最適なものを採用すればよい。

本発明においては，励起光を光導波路に入れて，光信号を増幅することが好ましい。このようにするため，長い光導波路を伝播する信号に対して，複数の変調を施すことができる。図８は，励起光を光導波路に入れるファイバ無線用ユニットの例を示す図である。図８Ａは，シングルパス入力導波路の例を示す。図８Ｂは，マルチパス入力の例を示す図である。

図８Ａに示す例では，光入力部（１１）から信号光（３１）が入る。一方，光入力部（１１）付近の導波路には，Ｙ字分岐がある。そして，Ｙ字分岐の一方は，励起光用の光源に光学的に接続される。このため，励起光（３２）が，Ｙ字分岐の一方から入る。そして，励起光と信号光とが合波される。信号光は，たとえば１５５０ｎｍの波長を有する光があげられる。この場合，たとえば，適宜エルビウムが添加された結晶を用いることができる。このようにエルビウムが添加された結晶を用いることで，信号光を増幅できる。一方，励起光は，たとえば９８０ｎｍ又は１４８０ｎｍの波長を有する光があげられる。図８Ａに示す例では，合波された信号光（３１）及び励起光（３２）は，ＷＤＭカプラ（３５）で分波される。

図８Ｂに示されるように，本発明のファイバ無線用ユニットの好ましい態様は，光変調器アレイ（２）が，反射部（１７）を介して光導波路（１３）へ励起光を導入するための，励起光用光学系を有するものである。この励起光用光源系を有するため，増幅効率を著しく高めることができる。これにより，複数の光変調器を伴った長い光導波路を用いて複数の変調を施すことができることとなる。

図８Ｂに示されるファイバ無線用ユニットは，励起光を導波路に導入するための光学系を複数有する。

図９は，反射部を介して，励起光が導入される動作を説明するための図である。図９Ａは，回折格子を用いた例を示す図である。図９Ｂは，誘電体多層膜を用いた例を示す図である。図９Ｃは，金属反射鏡及び方向性結合器を用いた例を示す。

図９Ａに示されるように，回折格子を用いた例では，基板外部から基板に導入された励起光が回折格子を経て導波路内に導入される。一方，回折格子に導入された信号光は，回折格子のある部分で，次の行へと進行方向を変化させられる。このように作用するために，回折格子が，信号光を折り返し，励起光を透過させるように設計すればよい。このような設計自体は公知であり，たとえば，回折格子のスリット間隔を調整すればよい。

図９Ｂに示されるように，誘電体多層膜を用いた場合，基板外部から導入された励起光が誘電体多層膜を経て導波路内に導入される。一方，誘電体多層膜に導入された信号光は，誘電体多層膜により，次の行へと進行方向を変化させられる。

図９Ｃに示されるように，金属反射鏡及び方向性結合器を用いた例について説明する。金属反射鏡（２６）は，基板（９）の端面に設けられる。そして，導波路（１３）の端部は，金属反射鏡（２６）に信号光が到達するように設計される。すると，導波路（１３）を伝播する信号光は，金属反射鏡（２６）により反射されて，次の行の導波路へと進路を変更する。一方，基板外部から基板内に励起光を導入するための光学系が設けられている。そして，この光学系を経て基板内に導入された励起光は，方向性結合器（カプラ）により，導波路へ進行する。そして，励起光と信号光とが結合するため，信号光が増幅される。

なお，上記の回折格子や誘電体多層膜は，波長選択フィルタとして機能する。

図１０は，波長分割多重（ＷＤＭ）光を伝播させた際のファイバ無線用ユニットの部分を示す。図１０Ａは，構成例を示す。図１０Ｂは，構成例を示す。図１０Ｃは，図１０Ａまたは図１０Ｂの説明図を示す。この例では，光導波路（１３）には，複数の波長分散媒質（４１）が設けられる。このように波長分散媒質（４１）が導波路に設けられるので，特定の波長の光にのみ変調が加わるように調整できることとなる。この構造により，周波数や指向性といった無線信号の特性に対応した波長の光を選択できるため，無線通信における複数の指向性の異なる信号を，光通信における波長の異なる光信号に変換するという簡素な多重変換を実現できる。図１０Ａのように，アンテナアレイ（５ａ，５ｂ，５ｃ）から，給電点（２５）及び位相補償器（６）までの距離が各アンテナアレイにより異なるものであってもよい。また，図１０Ｂに示されるように，給電点（２５）を介して光変調器側に位相補償器が設けられるとともに，アンテナアレイ側にも位相補償器が設けられてもよい。

図１１は，本発明のファイバ無線用ユニットの例を示す図である。図１１に示されるように光導入部と光出力部とは同じ側に設けられていても良い。

送受信ユニットの直列接続構成
図１２は，送受信ユニットの直列接続構成例を示す図である。図１２に示されるシステムは，上り（移動体からインターネット網）用のアンテナ集積型光変調器アレイ（ファイバ無線ユニット（３））と，下り（インターネット網から移動体）用のアンテナ（５３）を収めた送受信ユニット（５５）が，各々を適当な長さの光ファイバ（４２）で接続することにより構成されている。光ファイバの長さは，たとえば，数ｍ以上１００ｍ以下があげられる。図１３は，本発明のファイバ無線用システムの概念図である。図１３に示されるように，高速な移動体（４３）の進路に沿って，また移動体の速度に最適な間隔で送受信ユニット（５５）が並べられている。これにより，シームレスな通信を実現することができる。このシステムは，ファイバ端に光を送る送信局（４７）と，各ユニットで変調された光信号を受ける受信局（４９）を設け，受信局は従来のインターネット網に接続される。図１２に示されるようにラマン用光ファイバ（４５）を併用しても良い。これにより光ファイバを伝播する光に対しラマン増幅を行うことができる。図１４は，送信局，ユニット及び受信局の様子を示す図である。図１４中，符号５１は，移動体の通信を検出する装置である。

送信局（上り用）の構成（ＷＤＭ多重化技術，光励起増幅技術の導入）
送信局は，たとえば，１５５０ｎｍ帯の連続発振（ＣＷ）光源を有し，受信局に向けて出力する。このとき，波長帯域を有効利用する波長多重技術を併用するため，多波長光源を送信光源としてもよい。この波長多重は，移動体からの無線信号周波数のドップラーシフトによるずれにより変調されなくなった光を，異なる波長の光で補償する目的に用いられる場合もある。この送信局は，Ｅｒ励起用やラマン増幅用の励起光源を有していてもよい。そして，これらの励起光源を用いて，信号光を増幅する。ラマン増幅器用のファイバは，アンテナ付き光変調器アレイをつなぐファイバとは並列に設けられ，適当な位置で合波して信号光を増幅させることが好ましい。

受信局（上り用）の構成（無給電ユニット技術）
光変調器を位相変調器で構成した場合は，受信局の光検出器の前に分散媒質（ＦＢＧ，バンドパスフィルタ等）を配置し，位相変調を強度変調に変換することが好ましい。これにより，各ファイバ無線用ユニット（３）は，バイアス調整不要な（電源不要な）位相変調器で構成されることとなるため，ユニット導入コストや消費電力の低減につながることとなる。

移動体からの送受信局の起動制御
送信局は，移動体の通過信号を受けて瞬時に起動し，光の供給を開始する。たとえば，移動体が存在する区間のみのネットワークを確立し，他の区間は停止している。これにより，消費電力の効率もよい。送信局が連続光を送信した後，接続されているファイバ無線用ユニット（３）は無給電動作のため，移動体から送信された電力のみで動作し，光を変調する。受信局も初めのパイロット信号を受けて瞬時に起動し，変調信号の受信を開始する。このシステムは，新幹線などの位置情報や移動速度のモニタなどにも用いられうる。

なお，図１４に示されるように，通過検出装置（５１）を用いて移動体が通過したことを観測するものは本発明の好ましい態様である。すなわち，通過検出装置が，移動体が通過したこと観測し，起動する必要のある区間の送信局及び送受信ユニット（５５）のみを起動させる。このように移動体の位置に応じてシステムを起動・停止することで，消費電力を軽減できる。

本発明のファイバ無線用システムは，送信局（４７）から連続光が第１のファイバ無線用ユニット（３）へ向けて出力される。この連続光が信号光となる。つまり，連続光に様々な光変調を施すことで，様々な情報を持つ信号光となる。もちろん，同期を取ることができれば，パルス光を用いても良い。通過検出装置（５１）は，新幹線，電車，車などの移動体（４３）が通過したことを検出する。そして，コンピュータなどの図示しない制御装置は，通過検出装置の検出情報を基に，移動体の存在する区間のシステム（送信局および送受信ユニット（５５））を起動する。ファイバ無線用ユニット（３）に含まれるアンテナエレメントは，移動体（４３）から放出される無線信号を受信する。受信した無線信号は，それぞれのアンテナエレメントと電気的に接続された光変調器へと伝えられる。その上で，信号光に受信した無線信号に応じた変調を施す。このようにして，信号光に変調が施されるため，信号光に無線信号に応じた情報をもたせることができることとなる。この信号光は，適宜励起光と合波され，増幅される。ファイバ無線用ユニット（３）間を光ファイバが接続しており，信号光は次のファイバ無線用ユニット（３）へと伝播する。次のファイバ無線用ユニット（３）においても，信号光に対して，受信した無線信号に応じた変調が施される。そして，信号光は，ファイバ無線用ユニット（３）をいくつか伝播した後に，受信局（４９）へと伝播する。すると，受信局（４９）は，インターネット網と接続されているので，ファイバ無線用ユニット（３）により信号光に加えられた変調情報を読取り，インターネット網へと情報を出力する。

一方，インターネットから受信された情報を，受信局（４９）が受信し，ファイバ無線用ユニット（３）へと伝えられる。そして，ファイバ無線用ユニット（３）に設けられたアンテナ（５３）から無線信号として，移動体（４３）に含まれる携帯端末へと送信される。

本発明は，情報通信技術の分野で利用されうる。

図１は，本発明のファイバ無線用ユニットの例を示す概念図である。 図２は，アンテナアレイと光変調器アレイとを空間的に分離した場合の概念図を示す。 図３は，光変調器として位相変調器を用いた場合の導波路の例を示す図である。 図４は，光変調器として強度変調器を用いた場合の導波路の例を示す図である。図４Ａは，マッハツェンダー型の導波路を用いた場合の導波路の例を示す。図４Ｂは，遅延制御を行った場合の強度変調器の例を示す。 図５は，アンテナアレイの例を示す図である。図５Ａは，ダイポールアンテナアレイの例を示す図である。図５Ｂは，マイクロストリップアンテナアレイの例を示す図である。 図６は，２次元変調器アレイの例を示す図である。図６Ａは，共振型電極アレイの例を示す。図６Ｂは，進行波型電極アレイの例を示す。 図７は，反射部の概念図である。図７Ａは金属反射鏡を示す。図７Ｂは，誘電体多層膜反射鏡を示す。図７Ｃは，回折格子反射鏡を示す。 図８は，励起光を光導波路に入れるファイバ無線用ユニットの例を示す図である。図８Ａは，シングルパス入力導波路の例を示す。図８Ｂは，マルチパス入力の例を示す図である。 図９は，反射部を介して，励起光が導入される動作を説明するための図である。図９Ａは，回折格子を用いた例を示す図である。図９Ｂは，誘電体多層膜を用いた例を示す図である。図９Ｃは，金属反射鏡及び方向性結合器を用いた例を示す。 図１０は，波長分割多重（ＷＤＭ）光を伝播させた際のファイバ無線用ユニットの部分を示す。図１０Ａは，構成例を示す。図１０Ｂは，構成例を示す。図１０Ｃは，図１０Ａ及び図１０Ｂの説明図を示す。 図１１は，本発明のファイバ無線用ユニットの例を示す図である。 図１２は，送受信ユニットの直列接続構成例を示す図である。 図１３は，本発明のファイバ無線用システムの概念図である。 図１４は，送信局，ユニット及び受信局の様子を示す図である。

符号の説明

１ アンテナアレイ
２ 光変調器アレイ
３ ファイバ無線用ユニット
５ アンテナエレメント
７ 光変調器
９ 基板
１０ アンテナアレイ層
１１ 光導入部
１３ 光導波路
１５ 光出力部
１７ 反射部
２５ 給電点

Claims (13)

1. ２次元に並んだ複数のアンテナエレメント（５）を有するアンテナアレイ（１）と，前記複数のアンテナエレメント（５）とそれぞれ電気回路を介して接続された複数の光変調器（７）を有する光変調器アレイ（２）と，を含む，ファイバ無線用ユニット（３）であって，
   前記光変調器アレイ（２）は，
   前記複数のアンテナエレメント（５）が設けられたアンテナアレイ層（１０）と平行に設けられた基板（９）と，
   前記基板（９）に信号光を導入するための，光導入部（１１）と，
   前記光導入部（１１）から入射した信号光が伝播する，前記基板（９）に設けられた光導波路（１３）と，
   前記光導波路（１３）を経た信号光が前記基板（９）から出力される，光出力部（１５）と，
   前記光導波路（１３）に設けられた複数の光変調器（７）と，
   を有し，
   前記複数の光変調器（７）は，
   それぞれの光変調器（７）の給電点（２５）が，前記複数のアンテナエレメント（５）に対応する位置に設けられ，
   前記光導波路（１３）は，
   前記複数の光変調器（７）のうち，ある行に含まれる光変調器（７）に沿った行状光導波路（１３）を，複数行有し，
   前記光変調器アレイ（２）は，さらに，
   隣接する２つの行状導波路を接続するための反射部（１７）を有し，
   これにより，前記光導入部（１１）に入射した信号光が，各行状光導波路（１３）を経由し，前記光出力部（１５）から出力される，
   ファイバ無線用ユニット。
2. 前記各行状光導波路（１３）は，
   それぞれ分極反転領域（２１）を有する，
   請求項１に記載のファイバ無線用ユニット。
3. 前記アンテナアレイ（１）と前記光変調器アレイ（２）は，モノリシックにひとつの基板（９）に形成された，
   請求項１に記載のファイバ無線用ユニット。
4. 前記アンテナアレイ層（１０）は，前記基板（９）上に設けられた層に形成され，
   前記アンテエレメント（５）は，前記アンテナアレイ層（１０）に設けられたコンタクトホールを介して，前記基板（９）に設けられた給電点（２５）と電気的に接続される，
   請求項１に記載のファイバ無線用ユニット。
5. 前記光変調器（７）は，対応するアンテナエレメント（５）と，位相補償器（６）を有する電気回路を介して接続される，
   請求項１に記載のファイバ無線用ユニット。
6. 前記アンテナアレイ（１）は，アンテナ基板を有し，
   前記複数のアンテナエレメント（５）は，前記アンテナ基板に設けられ，
   前記電気回路は，
   フラット同軸ケーブル，
   フリップチップボンディングにより形成されたボンディング，又は
   ウェハフュージョンにより形成された薄膜，
   を含む，
   請求項１に記載のファイバ無線用ユニット。
7. 前記反射部（１７）は，
   前記基板（９）端面に設けられた金属反射鏡，誘電体多層膜反射鏡，又は回折格子反射鏡である，
   請求項１に記載のファイバ無線用ユニット。
8. 前記光変調器アレイ（２）は，さらに，
   前記反射部（１７）を介して，前記光導波路（１３）へ励起光を導入するための，励起光用光学系，
   を有する，
   請求項１に記載のファイバ無線用ユニット。
9. 前記励起光用光学系は，
   前記反射部（１７）に設けられた波長選択フィルタを有し，
   前記波長選択フィルタは，前記信号光を反射し，
   前記励起光を透過する，
   請求項１に記載のファイバ無線用ユニット。
10. 前記励起光用光学系は，
    前記反射部（１７）に設けられた回折格子を有し，
    前記回折格子は，前記信号光を反射し，
    前記励起光を透過する，
    請求項１に記載のファイバ無線用ユニット。
11. 前記光変調器アレイ（２）は，さらに，
    前記反射部（１７）に方向性結合器と，
    前記光導波路（１３）へ励起光を導入するための，第２の励起光用光学系と，
    を有し，
    前記第２の励起光用光学系を介して，前記光導波路（１３）へ導入された励起光は，前記方向性結合器を介して，前記信号光と結合する，
    請求項１に記載のファイバ無線用ユニット。
12. 前記光導波路（１３）には，複数の波長分散媒質が設けられる，
    請求項１に記載のファイバ無線用ユニット。
13. 線路に沿って設けられた複数のファイバ無線用ユニットを有するファイバ無線システムであって，前記ファイバ無線用ユニットのうち隣接するものは，光学的に接続されており，
    前記線路を移動する移動体から送信された無線信号を受信して，受信信号を光変調信号に変えることができ，
    一方，前記線路を移動する移動体へ所定の情報を無線にて送信でき，
    前記複数のファイバ無線用ユニットのそれぞれのファイバ無線用ユニットは，
    ２次元に並んだ複数のアンテナエレメント（５）を有するアンテナアレイ（１）と，前記複数のアンテナエレメント（５）とそれぞれ電気回路を介して接続された複数の光変調器（７）を有する光変調器アレイ（２）と，を含む，ファイバ無線用ユニットであって，
    前記光変調器アレイ（２）は，
    前記複数のアンテナエレメント（５）が設けられたアンテナアレイ層（１０）と平行に設けられた基板（９）と，
    前記基板（９）に信号光を導入するための，光導入部（１１）と，
    前記光導入部（１１）から入射した信号光が伝播する，前記基板（９）に設けられた光導波路（１３）と，
    前記光導波路（１３）を経た信号光が前記基板（９）から出力される，光出力部（１５）と，
    前記光導波路（１３）に設けられた複数の光変調器（７）と，
    を有し，
    前記複数の光変調器（７）は，
    それぞれの光変調器（７）の給電点（２５）が，前記複数のアンテナエレメント（５）に対応する位置に設けられ，
    前記光導波路（１３）は，
    前記複数の光変調器（７）のうち，ある行に含まれる光変調器（７）に沿った行状光導波路（１３）を，複数行有し，
    前記光変調器アレイ（２）は，さらに，
    隣接する２つの行状導波路を接続するための反射部（１７）を有し，
    これにより，前記光導入部（１１）に入射した信号光が，各行状光導波路（１３）を経由し，前記光出力部（１５）から出力される，
    ファイバ無線システム。

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