JPH06504633A - 光学フェイズドアレイ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 光学フェイズドアレイ 発明の背景 本発明は、光波長で動作できるフェイズドアレイに関する。

マイクロ波周波数で動作するフェイズドアレイアンテナは長年にわたってレーダ のような適用に使用されており、アレイからのビームを電子的に操縦する能力を 提供する。しかしながら、波長が減少すると、素子の寸法は対応的に減少しなけ ればならないため、マイクロ波フェイズドアレイを構成する問題が増加する。光 波長アレイで動作可能なフェイズドアレイは、陰極線管装置の代わりにディスプ レ・イ装＝において、また光メモリ読取り装置のような適用において使用される ことができる。

デフェンステクノロジイエンタープライズ社（Ｒｏ７ｓｌ　Ｓｉｇｎ！Ｉｓ　ａ ｎｄ　Ｒｔｄｘｒ　Ｅｔｌａｂｌｉｓｈｍｅｎｌ　、　Ｗｏｒｃｅｓｔｔｔ＜ｈ ｉｒｅ、　ＵＫ）により出版された情報シートにはレーザからの光を操縦する集 積された電子争光装置が記載されている。装置の背面はスポットに集束された光 により照明される。光の発散はアレイを満たすように生じる。この情報シートに 記載された装置の限界は、かなりの入力元が先導波体への達するように現れず、 ２次元アレイおよび明らかに大きいサイドローブエネルギを提供する能力がない ため、比較的低い効率性を含むことである。

したがって、所望の方向に出力光ビームを効率的に操縦する能力を提供する光学 フェイズドアレイを提供することが技術的に有効である。

本発明の要約 光学フェイズドアレイが記載されており、直線軸に沿った配列された単色光エミ ッタのアレイを含む。エミッタは１乃至ｌＯマイクロメータの範囲の距離だけ互 いから間隔を隔てられている。１実施例において、アレイは入力光源および電気 ・先幕体上に形成された先導波パターンを含む。導波パターンは導波体の１つの 入力端に入力した光源からの光を複数の光チャンネルに分割するように構成され 、それぞれ光がチャンネル端から放射されることを可能にする。光学フェイズド アレイはさらに所望の方向に光エミッタから結果的に生じたアレイビームまたは スポットを操縦するためにアレイにわたって連続した位相遅延変化を提供するた めに隣接した光エミツタ間の相対的な光学位相遅延を調節する手段を含む。

一般的に、相対的な光学位相遅延は焦点の位置およびアレイ中のエミッタの位置 の両者によって決定される。相対的な位相遅延は、所定のソースと焦点との間の 波サイクルの数がサイクルの整数だけ第２のソースと焦点との間の波サイクルの 数と異なるように設定されなければならない。サイクルの１／４までのエラーは 、素子の数が十分に大きい場合に許容されることができる。

１実施例において、先導波体は比較的大きい電子・光係数によって特徴付けられ た光伝達材料を含む。各チャンネルに対して、位相はチャンネルを構成する先導 波体にまたがった１対の金属電極によって、および電極対を横切る選択可能な電 位差を発生させることによって調節される。光学位相遅延は、電位差を調節し、 それによって光伝達材料の屈折率を変化することによって変化される。

光学フェイズドアレイは、光学メモリおよび画像ディスプレイシステムのような 適用において使用されてもよい。

図面の簡単な説明 本発明のこれらおよび別の特徴は、添付図面に示されているような以下の詳細な 説明から明らかになるであろう。

図１は、本発明による光学フェイズドアレイの第１の実施例の概略的なブロック 図である。

図２は、図１の光学フェイズドアレイにおいて使用される２次元アレイで配列さ れた光ファイバの例示的な束を示す。

ファイバのコアは偏心的に配置され、図５に示されているようなランダムな配列 を提供することができる。

図３は、本発明を使用した光学フェイズドアレイの第２の実施例の概略的なブロ ック図である。

図４は、本発明による光学フェイズドアレイの第３の実施例のアレイ素子の概略 的なブロック図である。

図５はサイドローブを減少するように光学フェイズドアレイを含む光エミッタの 規則的なセル内におけるランダムな配置を示す。

図６および図７は本発明による光学アレイにおいて位相シフトする一般的なスキ ムを示す。

図８は、本発明による光学フェイズドアレイを含む光メモリの概略的なブロック 図である。

図９は、図８の光メモリ用の光学フェイズドアレイアクチブメモリ素子およびセ ンサアレイの１実施例の概略的なブロック図である。

図１Ｏは本発明による３次元光メモリの素子を示す。

図１１は、本発明による光学フェイズドアレイを含む画像ディスプレイの簡単化 された概略図である。

好ましい実施例の詳細な説明 本発明は、可視放射線を偏向し、集束するようにマイクロ波フェイズドアレイの ために開発された技術を利用する。光の波長はマイクロ波波長より１０　乃至１ ０５分の１の小さい係数であるため、アレイ素子は１乃至１０μｍ程度でなけれ ばならない。光ファイバおよび、または導波体および半導体レーザは放出された 光が１ミリラジアンの発散に効率的に集束され、０．１ラジアンより大きく偏向 されるように多数の光路を発生し、光路に沿って相対位相を調節するために使用 される。

本発明を説明するために、単色光が点Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄ、・・・に直線アレイに沿 って配置された光エミッタによって放出されること考えると、以下の条件がソー スの全ての対（ｘ、ｙ）に対して満足されたときに、光は焦点ＦＰに集束される ：φ　＋（２πｄ　）／λ＝φ　＋（２πｄ、、Ｐ）／λＩ　Ｉ、ＦＰ　７ ＋２πに ここでφ、はソースＸにおける位相調節であり、ｄＩ、ＦＰはソースＸから焦点 までの距離であり、ｄは光の波長であり、φら焦点までの距離であり、Ｋは整数 である２次元アレイの場合、式は３次元の焦点の条件を限定するように一般化さ れることができる。

光位相遅延φ　が適切に変化された場合、結果的な焦点が！ 走査されることができる。光学的なＮＸＮアレイにおけるビームは回折制限され た角度幅ΔＤに集束されることができる：Ｄくく１に対してΔＤ　／　Ｄ　ｚ　 １　／　ＮここでＤは発散角度を表す。

人間の目の角度的分解能ΔＤ（はぼ１ミリラジアン）を得るために、Ｎは直線ア レイに対して１０００程度、また２次元アレイに対して４０００程度でなければ ならない。

１０６個のファイバを含む１０μｍの直径の光ファイバの束は、側面で１ｃｍの 方形を形成する。このような束は隣接したファイバ間の混信が非常に小さい（＜ ４０ｄＢ）ように、現在市販されている高い開口数のファイバから構成されてい る。このような束は、本発明によると光学フェイズドアレイにおいて使用される ことができる。

光学フェイズドアレイは、ファイバなしで半導体レーザ（例えばエツジ放出）を 使用して形成されることができる。

しかしながら、相対的な位相制御は屈折率変化または物理的な長さ変化を個別に 使用する各レーザに対して行われなければならない。大きい距離に投射するファ イバの小さい束に対して、これらの相対的な位相シフトはビームスポットの位置 、個々のファイバの位置およびスクリーンまでの距離に応じて線形関数として計 算されることができる。さらに大きいアレイに対して、要求される補正は２次ま たは３次になる。これはアレイと焦点との間の距離の２次分に対するアレイを横 切る距離の比の大きさに依存する。２次の関数は一般に画像表示のために十分で あり、３次の補正はメモリ読取りのために含まれる必要がある。一般に、高次の 補正を含んでいることはまたアレイの効率を高める。（２次の補正関数は以前か らシータ関数として数学者に知られている。）ファイバ端からの光ビームの発散 は、開口数およびファイバコア直径によって決定される。単一モードのファイバ に対して、発散は０．４ラジアンまたは２０″程度であることができる。この偏 向はレンズによって増幅されることができる。

図１は、本発明による光学フェイズドアレイ２０の単一のアレイ素子用の部品の １つの可能な構造を示す。マスターレーザ発振器２２からの光は大刃先導波体２ ５Ａを含む集積された電子・光チップ回路２５のエツジにレンズ２４によって集 束され、それは先導波体およびビーム分割器の第１のビーム分割回路網２６、一 連の集積されたレーザ増幅器２８Ａ乃至Ｎ１第２のビーム分割回路網３０に転移 して、チップ２５の出力エツジから出る複数の出力光導波体３２Ａ乃至Ｎに達す る。チップ２５はさらに以下に示された複数の電子・光位相変化回路網４０Ａ乃 至Ｎを含む。発振器２２から集束された光は大刃先導波体２５Ａに人力し、第１ のビーム分割回路網２６に案内され、これはレーザ増幅器２８Ａ乃至Ｎに光を導 く。半導体レーザ光源中の基準位相を保証するために、１つのレーザはマスター 発振器２２として使用され、一連のレーザ増幅器は第１のビーム分割回路網２６ によって分割された光を供給される。

一連のレーザ増幅器２８Ａ乃至Ｎからの増幅光は、次に第２のビーム分割回路網 ３０に供給される。回路網３ｏは各々１つが対応したレーザ増幅器から増幅され た光を受信するように結合された複数の大刃先導波体３０Ａ乃至Ｎおよび複数の 出力光導波体３２Ａ乃至Ｓを含む。対応した複数の光フアイバ３４Ａ乃至Ｓの第 １の端部は、各出力導波体３２Ａ乃至Ｓの端部と連絡するようにチップ２５のエ ツジに通常の技術によってスプライスされ、それによって各出力導波体から対応 した光ファイバに光を導く。光は本発明にしたがって操縦され、集束されるアレ イビームを生成するように光ファイバの第２の端部から放出される。完全な干渉 を得るために、すなわち光が焦点の外側の全ての点で消去されるために、光源か らの光の偏光ベクトルは同じでなければならず、光路に沿って保存されなければ ならない。偏光保存ファイバおよび偏光保存先導波体は容易に入手可能である。

光フアイバ３４Ａ乃至Ｎは図２に示されたように軸に沿って、または好ましくは 束に組合わせられて配置されることができる。束３６は切断され、切断ファイバ 端部は平面Ｓ（図１）で平坦な面を提供するように研磨される。ファイバ３４Ａ 乃至Ｓの第２の研磨された端部は光学フェイズドアレイからの光に対する効果的 な光源を構成する。良く知られているように、光ファイバは、クラッド材料４０ によって被覆されたコア３８を具備する（図２）。コア３８は典型的に直径が約 ２乃至５マイクロメータであり、フラッジ４０は索引プロセスに応じて厚さが約 ２０乃至１００マイクロメータである。束３６内のアレイ間隔は、クラッドの厚 さおよびクラッド内のコアの位置によって決定される。このような束にされたフ ァイバ出力アレイの利点は、それが平面Ｓにおける光エミッタの２次元アレイに チップ２５の出力エツジからの本質的な１次元出力を変換する手段を提供するこ とである。ファイバのコアは、図５のようなランダムな配列を提供するファイバ クラッド内に偏心的に配置されることができる。

全てのアレイ素子３４Ａ乃至Ｓは、ゼロ位相が良好に限定され、全ての素子３４ Ａ乃至Ｓに対して同じであるように同じ発振器２２によって制御される。

特定のファイバ素子に対する光ビームの位相は、チップ２５亡含む各出力導波素 了２９Ａ乃至２９Ｎど関連された電子位相変化回路網４０Ａ乃至４ＯＮによって 電気的に制御される。各位相変化回路網は電源および各光導波体の長さに沿って 配置された１対の電極を含む。したがって、例示的な回路網４０ｃは電源４２Ｃ および電極４４Ｃおよび４６Ｃを含む。各素子の電源は所望のアレイビームを得 るために各素子からの光ビームに適切な位相を与えるためにビーム操縦および集 束制御装置５０を設けることによって制御される。特定の導波体材料に応じて、 位相は電極間のファイバの長さを変化し、または電極間の光フアイバ導波体の屈 折率を電気的に変化することによってピエゾ電気的に制御されることができる。

例えば、リチウムニオベイトから形成された先導波体は電極間の電圧に応答して ピエゾ電気効果を生成することができ、リチウムニオベイトから形成された先導 波体は電圧変化に応答して屈折率を変化することを特徴とする。後者の例におい て、数■の長さを有する電極は５Ｖの電圧により所望の効果を生成することが可 能である。

ピエゾ電気応答時間は導波体のヤング率によって決定され、典型的に１マイクロ 秒程度である。これはいくつかの適用には大き過ぎる。他方、電子・光応答時間 は１ナノ秒以下であに形成された２Ｎの素子アレイを使用した本発明による光学 フェイズドアレイ１００の１実施例を示す。この材料は大きい電子・光係数、す なわち単位供給電圧変化当たりの基体の屈折率の比較的大き−・変化によって特 徴付けられ、乙。基体に対する別の適切な材料は例えばＬｉＴａＯ３である。基 体は、この実施例において６つのＹ接合部１１１乃至１１６を限定する、すなわ ちＮ−６の集積された光導波体１１０を形成し、各Ｙの各アームが２つの付加的 なＹ接合部を限定する。各接合部の各アームは基体のエツジで終端する。例えば 、Ｙ接合部１１５のアーム１２０は別のＹ接合部１１９に達し、その各アームが Ｙ接合部１２１および１２２に至る。Ｙ接合部１２１のアーム１２３および１２ ４は基体１０２のエツジで終端する。接合部１１６のアームは、基体１０２のエ ツジで全て終端するアーム１３３．１３４．１３５および１３６をそれぞれ有す る接合部１３１およびＤ２に達する。ビーム分割手段としてのＹ接合部の使用は 、Ｙ接合部において非常に少ない光しか損失されないために非常に効率的である 。

技術的に良く知られているように、チタンまたは水素は先導波体チャンネルを形 成するためにリチウムニオベイト基体中に拡散されることができる。基体上に形 成された先導波体は技術的に良く知られており、Ｊ、Ｅ、　Ｗｇ１ｇｏｎ氏他に よる論文（“Ａ　Ｌｏｗ−Ｖｏｌｆｉｇｅ　８Ｘ８　Ｔｉ：ＬｉＮｂＯ３Ｓｗｉ ｔｃｈ　ｗｉｔｈ　ｌ　Ｄｉｌａｔｅｄ−Ｂｕｓ　＠　ＡｔｃｈＨｔｃｔｕｒｅ 　”　。

Ｊｏｕｒｎｉｌ　ｏｆ　Ｌｉｇｈｆｗａｖｅ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇ７　、８ニア ９４　、１９９０年）を参照されたい。

図３に示された実施例の１つの利点は、位相変化装置および増幅器を光伝播方向 において非常に短くすることが可能なことである。代りに、レーザ発振器の光は 、緊密に間隔を隔てられたアレイとして要求される光素子を含む基体の表面に対 して垂直に導かれることができる。

光導波体１１０の入力１０４から各導波体出力までの光路長は所望の公称ビーム 方向を生成するために同じであるか、或は隣接した導波チャンネル間である異な った長さであるように注意して制御されることが理解されるであろう。光偏光は 、先導肢体が複屈折効果が重要でないために十分に短いため、この構造において 保存される。

レーザ１４０は、光学フェイズドアレイ１００用の光源として使用される。レー ザ１４０からの光エネルギは、チ・ノブ基体１０２において限定された先導波体 １１０の入力端部１０４にレンズ１４２によって集束される。

先導波体の出力端部によって限定された各光エミ・フタ間の異なった位相遅延は アレイ出力ビームを操縦し、集束するために与えられる。

導波体１２３乃至１２６および＋３３乃至１３６を含む出刃先導波体を横断する 変調電圧を選択的に供給するための手段が含まれている。このような手段は各出 力導波体に対して出力導波体を挟む１対の金属電極および各電極間に電圧を供給 する電源を含む。連続した出力導波体に漸次的に異なる電圧を供給することによ って、各出力導波体の光路長は屈折率に影響を与えることによって変化されるこ とができる。これは出力ビームが操縦され、集束されることを可能にする。

電極の長さは、この場合リチウムニオベイトである導波媒体の電子・光係数によ って決定される。この実施例に対して、電極は数ｍｍの長さであることができ、 ５ｖ程度の供給電圧の変化により２π位相変化を行う。

したがって、例示的な出力導波体１３３に対して、電極１４４および１４６は短 い長さの導波体に隣接して配置される。電極１４６は接地され、電極１４４は電 源１４８に接続され、ビーム操縦および集束制御装置１５０によって制御される 。各出力導波体は制御装置１５０により制御された各対の電極および電源と関連 している。制御装置１５０は電極に漸次的に異なる電圧を供給するように各電極 に供給された電圧を調節し、それによってアレイ１００の出力ビームを操縦し、 集束するために種々の導波体を通して光路長を漸次的に調節する。

先ファイバまたは集積された光学フェイズドアレイにおいて長い導波体は本発明 を実行するのに不要である。図４に示された実施例において、光学フェイズドア レイはビーム分割回路網（図４に示されていない）を介して共通のマスター発振 器からのレーザ光によって供給される多数の半導体レーザフェイズドアレイ素子 を含む。各アレイ素子は光学位相変化装置および半導体レーザ増幅器を含む。例 えば、図４に示されたように例示的なアレイ素子は位相変化装置２０４および半 導体レーザ増幅器２０６を含む。マスター発振器からのレーザ光は、アレイ２０ ０を含む他の素子に関連した所望のフエイジングを実現するために位相変化装置 ２０４を通過させられる。

増幅器２０６が０．２５平方マイクロメータの放出領域を有して形成された場合 、増幅されたビームは１ラジアンより大きい発散を有する。この場合、±４５° より大きくビームを偏向することができる。

図４の位相変化装置２０４は、例えばリチウムニオベイトから形成された短い長 さの先導波体を含むことができ、１対の電極が図３の実施例のような導波体の壁 に隣接して取付けられる。同様に、電源（図４に示されていない）は図３に関し て上記に示されたように光学的な長さを変化するために所望の電子・光効果を生 じるように電極に電圧を供給する。

λが動作の波長である、０．７１λより小さく格子分離した全ての光学フェイズ ドアレイに関して、サイトローブが問題である。この問題を処理する少なくとも ２つの方法がある。第１の方法は、スクリーンすなわち画像が投射される領域の 角度より大きい投射によってサイドローブを発散するためにレンズを使用するこ とである。第２の方法は、効果的な消去を行うアレイ中の位置を選択することで ある。例えば、アレイ内の素子の変位が正しく選択されたとき、大部分のエネル ギはｎがアレイ素子の数である１／　（ｎ）　に比例した標準的な変位でランダ ム分布に類似した別の位置の中心スポットおよびフィールドレベルに集中される 。これは集束されたスポットを包囲している背景フィールドの強度がアレイ中の 素子の数に反比例することを意味する。１つの可能な配置技術は、アレイ中のエ ミッタ位置をランダムにすることである。

例えば、図５は２次元アレイ２３０内における対応した規則的なセル内の各エミ ッタのランダムにされた位置を示す。これは、各コアがクラッド内に偏心的に配 置された１束の光ファイバに位相シフトされた光を供給することによって達成さ れる。光学系の基本的な構造は図１に対応する。各エミッタ２３２Ａ乃至Ｓは対 応したセル２３４Ａ乃至Ｓ内においてランダムな位置を割当てられる。セルは例 えば１辺が１００ミクロンの方形のようなアレイの規則的なサブ分割を形成する 。

図６は、各アレイ位置で位相シフトを組合わせる一般的な２次元スキムを表す。

Ｓｌ、はアレイ位置（ｉ、ｊ）に対する位相シフト電極を表し、Ｈ９は水平変位 による位相シフトを計算する電子装置からの出力を表し、■、は垂直変位に対す る電極からの出力を表し、Ｃ９，は変位の間の交差効果を計算する電子装置から の出力を表す。Ｈ５はアレイ中の素子の任！ 意の水平ラインに対して一定であり、■、はアレイ中の素子」 の任意の垂直ラインに対して一定であることに留意されたい。

位置（ｉ、ｊ）に対する位相シフトは、Ｓ、、−Ｈ，＋Ｖ、＋１１　＋ Ｃ１１であり、位置（ｉ、ｊ）における電子装置によって付加される。

図７は、アレイ中の例示的な光源に位相シフト駆動を与えるために位相シフトを 計算する電子装置の素子すなわち制御装置をさらに詳細に示す。この制御装置は 例えば図１のアレイの制御装置５０として機能する。循環メモリ２５２は連続的 なスクリーン位置に対するアレイの中心からの水平、垂直および全体的な変位値 を蓄積する。種々の比はスクリーン座標Ｘ５．ｙ　およびアレイ素子変位ΔＸ　 、Δｙ　に関連して位ｇ　１　１ 相シフトの２次ののティラー拡張にしたがって計算される。

これらの項は水平、垂直および交差効果位相補正に分離される。

メモリ２５４は値ΔＸ　１ΔＸ　１Δｙ　１Δｙ　２およ１　１　ｌ　轟 びΔＸ　Δｙ　を局部的に提供するようにアレイ素子変位を蓄積する。これらの 値は、４ビツト検索メモリ表２５６乃至２６４のために循環メモリに蓄積された 項と共に入力アドレスを構成する。

検索表２５６乃至２６４は、ティラー級数拡張において現れる（Ｘ　Δｘ／ｄ） 等の積を提供するように構成される。

＄ａｓ この実施例には、それぞれ１次および２次補正の特有の項に割当てられる５つの このような検索表が存在していることに留意されたい。総合すると、これらの表 は２次まで全ての項を完全に使用する。

検索表からの出力は各精密調整抵抗回路網２６６乃至２７４を駆動する。精密調 整抵抗回路網は、ディスクリートな電圧レベルに検索表からの値を変換するよう に構成される。これらの電圧は特定の光導波体Ｓ８．のために位相シフト電極２ ７８、Ｊ ２８０．２８２．２８４に直列に供給される。光が伝播すると、個々の位相補正 が適切な２次位相補正を提供するために付加される。

光学フェイズドアレイに対する１つの適用は光メモリにおけるものである。スク リーン上に光の小さいスポットを集束し、パターンまたは画像を生成するために それを掃引することができる光学フェイズドアレイは光メモリ読取り装置として 使用されることができる。

本発明による光学フェイズドアレイ読取り装置を使用したメモリ３００の１実施 例は図８の概略的なブロック図で示されている。ここでは、本発明による光学フ ェイズドアレイ３０２は、読み取られるべきデータが蓄積される所望の位置にア レイビームを導（ためにアレイ駆動装置３０４およびアドレス論理回路３０６に よって制御される。アレイ駆動装置は、位相シフタ用の駆動電圧に集束用のアド レスを変換する。光学的にアクチブなフィルム３０８はデータを蓄積するための アクチブメモリ素子として機能し、例示的な２進値データシステムでは、アレイ ビームがメモリ位置状態に応じて特定のメモリ位置で集束されたときに、光が光 センサ３１０に対して透過されるか、或はセンサ３１０への通過を阻止されるよ うに光透過性または光吸収性である。通常の電子技術（すなわち集積された光ψ 電解技術）によって製造されることができる光センサはメモリフィルムを通過し た光のレベルを感知する。この先レベルは、センサの出力がデジタル情報として メモリから読取られることができるようにメモリに蓄積された情報を反射する。

センサ３１０に結合された読取り論理回路３１２は、メモリシステムから読取ら れるデータ値を決定するためにセンサの状態を読取る。

メモリ適用において、２次元光学フェイズドアレイは他のレーザ読取りスキムよ り速度および３次元集束性能において優れている。これはフェイズドアレイ読取 りに基づいたメモリを競合する装置よりも迅速で性能の高いものにする。光学フ ェイズドアレイは、焦点の外側の漂遊光の減少のために真の３次元光メモリを可 能にする。３次元メモリは蓄積能力において数オーダー大きさを改良する。

図９は、本発明による光メモリを含む光学アレイ、メモリフィルムおよびセンサ の１実施例を示す。ここにおいて光学アレイは２次元であり、２次元構成に配列 されたアレイ素子を含む。簡明化のために、図８ではアクチブとして２つのフェ イズドアレイ素子だけが示されている。全てのアレイ素子からのビームはメモリ フィルムを含むターゲットメモリ素子３３８で発展的に干渉し、その他全てのメ モリ位置で破壊的に干渉する。光学フィルム３４０は例えばバクテリオロドプシ ンまたは類似の光学的非直線材料のフィルムを含むことができる。データはセン サ平面３４において光センサによって読取られる。アドレス論理回路、アレイ駆 動装置および読取り論理回路は図８には示されていない。

バクテリオロドプシンは、１００　’　Ｋより下の温度で２つの準安定形態、ｂ Ｒ形態（５７０ナノメータで最大吸収率を持っ）およびに形態（６１Ｏナノメー タで最大吸収率を持つ）で存在する。５７０ｎｍの光は０．３以上の量子効率で に形態にｂＲ形態の大部分を切替える。６１０ｎｍの光は０．７以上の量子効率 でｂＲ形態にに形態の大部分を切替える。両方法の切替え時間は数ピコ秒程度で ある。低温での動作が許容できない場合、バクテリオロドプシンは少し低い応答 性により室温でＭ状態（４１２ｎｍで最大吸収率）とｂＲ状態との間で切替えら れることができる。Ｒ，Ｂ　ｉｔｇｅ氏他による文献（’０ｐｌｉｃｘｌ　Ｒａ ｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｔ７　Ｂａｕｄ　ｏｎ　Ｂｘｃｌｅｒｉｏｔ ｈｏｄｏｐｓｉｎ’　。

Ｍｏ１ｅｃｕｌａｒ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ、　Ｂｉｏｇｅｕｏｒｇ　ｏｄｄ 　Ｂｉｏｃｏｓｐｕｌｅｒｓ　、　Ｆ、　Ｔ、　Ｈｏｎｇ　、３６９乃至３８０ 頁、　ＰＩＣｎｕａ＋　Ｐｒｅｓｔ、　ＮＹ、　１９８９年）を参照されたい。

低温において、１つは赤色で動作し、もう１つが緑色で動作する２組の読取りア レイがｂＲに必要とされる。メモリ読取りスキムは“読取り後書込み”である。

このスキムによると、メモリ位置は１色で読取られる。光センサは吸収された光 を記録する。サイクルの読取り部分が終了したとき、フェイズドアレイが元の位 置にメモリを保存するように付勢される。これはサイクルの書込み部分である。

図１Ｏは、図８のブロック図による３次元光メモリの構造を示す。ここにおいて 、バクテリオロドプシンのような光学的に非直線材料の立方体の形態のアクチブ メモリ素子３５０はデータを蓄積し、本発明による２つの光学アレイ３５２およ び３５４によってアドレスされる。非直線材料は、材料がアレイ３５２および３ ５４からのビームの交差部分でのみ応答するように高い２光子吸収断面を特徴と する。センサアレイ３５６および３５８は、アドレスされたデータを読取るよう にメモリ素子３５０の側面に隣接して配置される。

本発明を使用した光学フェイズドアレイの別の適用は、アレイビームが例えば所 望の画像を生成するためにスクリーンにわたって選択的に走査される画像システ ムである。したがって、陰極線管を使用せずに本発明にしたがって光学画像を直 接生成し、それによって真空管のないテレビジョンセットを製作することを可能 にすることができる。アレイ寸法に応じて、太陽光線と同程度の画像輝度（ＩＫ ワッ）／ｍ２）が得られることができる。ｌ０００ｘ　１０００アレイ（Ｉｃｍ ２寸法の半導体または光ファイバ束）を使用すると、人間の目の分解能（１ミリ ラジアン）による画像が生成されることができる。

図１１は、本発明による光学フェイズドアレイを含む画像システムの簡単な図を 示す。フェイズドアレイ３６０は、スクリーン３６４にわたってビームを走査し 、スポットにビームを集束するようにシステム制御装置３６２によって制御され 、それによって所望の画像を生成する。フェイズドアレイが例えばＸ軸に沿って 光エミッタの直線アレイすなわち１次元アレイを含んでいる場合、ｙ軸方向にお ける直線アレイの機械的な走査は２次元画像を生成するようにＸ方向における電 子・光走査と共に使用される。

上記の実施例は、本発明の原理を表す可能な特定の実施例を示しているに過ぎな いことが理解されるであろう。別の構造は、当業者によって本発明の技術的範囲 を逸脱することなくこれらの原理にしたがって容易に認識される。

図　１ 図２ 図４ 図８ 図９ 図１０ 図工１ 国際調査報告 □］二口 国際調査報告 、ＰＣＴ／Ｕｓ　９２１０７１６８ ＳＡ　６４５３０ フロントページの続き （７２）発明者　チャック、ディピッド・ビーアメリカ合衆国、カリフォルニア 州 ９２６８０、ラスティン、リビング　ストン（７２）発明者　ランデイス、ガリ ー アメリカ合衆国、カリフォルニア州 ９０００７、ロサンゼルス、ダブリュ・サーティシックスス・ブレイス・ナンバ ー　５

Claims (25)

【特許請求の範囲】
1. １．入力光源と、 光源から光を受信するように配置された光受信端および各光放射端で終端する複 数の光導波チャンネルを有する入力導波体を含み、前記複数の光チャンネル中に 前記入力導波体で受信された光を分割するように構成された導波体パターンがそ の上に形成され、前記光放射端が軸に沿って配置された単色光エミッタのアレイ を構成している光導波パターンを有する基体と、 所望の方向に前記光エミッタから生じた光の集束されたスポットを操縦するよう に前記アレイを横切って連続的な位相遅延変化を与えるように隣接した光エミッ タ間の相対的な光学位相遅延を調節する手段とを具備している光学フェイズドア レイ。
2. ２．条件： φＸ＋（２πｄＸ，ＦＰ）／λ＝φｙ＋（２πｄｙ，ＦＰ）／λ＋２πＫ がソースの全ての対（Ｘ，ｙ）に対して満足された場合に光は焦点ＦＰで集束さ れ、ここでφＸはソースｘにおける位相調節であり、ｄＸ，ＦＰはソースｘから 焦点までの距離であり、ｄは光の波長であり、φｙはソースｙにおける位相調節 であり、ｄｙ，ＦＰはソースｙから焦点までの距離であり、Ｋは整数である請求 項１記載のフェイズドアレイ。
3. ３．前記アレイを構成する前記エミッタの数ｎは少なくとも１，０００である請 求項１記載のフェイズドアレイ。
4. ４．前記アレイは複数の光ファイバおよび前記ファイバの第１の端部を照明する 光源を含み、光は前記光エミッタを構成するために前記ファイバの第２の端部か ら放射される請求項１記載のフェイズドアレイ。
5. ５．前記調節手段は、１つのファイバに１つづつの複数の光導波体、前記各光導 波体にまたがる１対の電極および前記電極間に電位差を発生させる手段を含み、 前記光導波体は比較的高い電子・光係数によって特徴付けられた光伝達材料を含 み、前記光位相遅延は前記電位差を調節することによって変化され、それによっ て前記光導波材料の屈折率を変化する請求項４記載のフェイズドアレイ。
6. ６．前記ファイバ材料はリチウムニオベイトを含んでいる請求項５記載のフェイ ズドアレイ。
7. ７．前記調節手段は前記光ファイバのそれぞれに対して１つづつの複数の光導波 体を含み、前記各光導波体は実質的なピエゾ電気特性によって特徴付けられた光 伝達材料を含み、前記材料の光路は前記材料を横切って与えられた電位差に応じ て変化し、前記調節手段はさらに前記電極に対して選択可能な電位差を与え、そ れによって前記与えられた電位差の大きさに応じて前記光導波体の光路を変化す る手段を含んでいる請求項４記載のフェイズドアレイ。
8. ８．前記光導波体は比較的大きい電子・光係数によって特徴付けられた光伝達材 料を含み、前記調節手段は各チャンネルに対して前記チャンネルを含む光導波体 にまたがる１対の金属電極および前記電極対の間に選択可能な電位差を発生させ る手段を含み、それによって前記光位相遅延は前記電位差を調節し、それによっ て前記光伝達材料の屈折率を変化することによって変化される請求項１記載のフ ェイズドアレイ。
9. ９．前記光伝達材料はリチウムニオベイトを含んでいる請求項８記載のフェイズ ドアレイ。
10. １０．前記光源はレーザ発振器を含んでいる請求項１記載のフェイズドアレイ。
11. １１．前記光エミッタはそれぞれレーザ発振器光源を含み、前記調節手段は前記 光源から光を導入され、比較的大きい電子・光係数によって特徴付けられた光伝 達体を含む光導波体と、前記光導波体にまたがる１対の電極と、および前記電極 間の選択可能な電位差を発生させる手段とを含み、それによって前記光導波体を 通る光学位相遅延は前記電位差を調節し、前記光導電材料の屈折率を変化するこ とによって変化される請求項１記載のフェイズドアレイ。
12. １２．前記光エミッタはそれぞれ前記光導波体からの光を増幅するレーザ増幅器 を含んでいる請求項１１記載のフェイズドアレイ。
13. １３．前記光導波体パターンは２つの後続した導波体セグメントに導波体の１つ のセグメントからの光を分割する複数のＹ導波体接合部を含んでいる請求項１記 載のフェイズドアレイ。
14. １４．前記範囲内の前記エミッタの各位置は光の前記集束されたスポットのサイ ドローブを減少するようにランダムにされている請求項１記載のフェイズドアレ イ。
15. １５．各エミッタがアレイ領域の規則的なサブ分割を形成するエミッタセル内に 配置され、各セル内における前記エミッタの変位はランダム分布に類似している 単色光エミッタの２次元アレイと、 所望の方向に前記光エミッタから生じた光の集束されたスポットを操縦するため に隣接した光エミッタ間の相対的な光学位相遅延を調節し、前記エミッタの分布 がサイドローブエネルギを効率的に消去する手段とを具備している２次元光学フ ェイズドアレイ。
16. １６．前記アレイを含む前記エミッタの数ｎは、少なくとも１，０００である請 求項１５記載の光学フェイズドアレイ。
17. １７．前記アレイは、入力光源と、それぞれ光が光放射チャンネル端から放射さ れることを可能にする複数の光チャンネル中に前記光源からの光を分割するよう に構成された共通した基体上に形成された光導波体パターンと、および各光チャ ンネルに対して１つづつであり、前記各チャンネル端から放射された光を受信す るように光学的に結合された第１の端部をそれぞれ有し、さらに前記エミッタの １つを形成する第２の端部を有している複数の光ファイバとを具備している請求 項１５記載の光学フェイズドアレイ。
18. １８．前記ファイバは束で配列され、前記第２の端部を形成するように切断され 、前記第２の端部は平面を提供するために研磨される請求項１７記載の光学フェ イズドアレイ。
19. １９．前記光エミッタは水平の行および垂直の列で配列され、前記調節する手段 は、前記光エミッタのそれぞれに所定の行の各エミッタに対する定数である水平 位相シフト係数を与える手段と、前記光エミッタのそれぞれに所定の列の各エミ ッタに対する定数である垂直位相シフト係数を与える手段と、水平および垂直素 子間の交差効果を示す前記各エミッタに交差効果係数を提供する手段とを具備し ている請求項１５記載の光学フェイズドアレイ。
20. ２０．前記各導波チャンネルは比較的大きい電子・光係数によって特徴付けられ た光伝達材料を含み、前記調節手段はさらに各導波チャンネルに対して前記光導 波チャンネルにまたがる第１、第２および第３の電極対を備え、前記水平、垂直 および交差効果係数は前記各第１、第２および第３の電極対に供給される電圧値 を含み、それによって前記光導波体を通る光学位相遅延は前記電極対間の前記各 電圧を調節し、それによって前記光伝達材料の屈折率を変化することによって変 化される請求項１９記載の光学フェイズドアレイ。
21. ２１．システムによって発生された画像を表示するスクリーンと、 前記スクリーン上に１つ以上の光学画像を形成するために前記スクリーンにわた って光の集束されたスポットを走査する光学フェイズドアレイとを備え、前記ア レイは、直線軸に沿って配列された単色光エミッタのアレイを含み、前記光エミ ッタは１乃至１０マイクロメータの範囲の距離で互いに間隔を隔てられ、 前記光エミッタから結果的に生じたアレイビームを走査するために前記アレイを 横切って連続的な位相遅延変化を与えるために隣接した光エミッタ間の相対的な 光学位相遅延を調節する手段を含んでいる光学画像システム。
22. ２２．特定の位置にデータを蓄積する光学的にアクチブなメモリ素子と、 前記メモリ素子上の選択された位置に対する光の少なくとも１つの集束されたス ポットを操縦する２次元光学フェイズドアレイ手段と、 データが前記位置を光学的にアドレスするように読取られるメモリ素子位置に前 記光スポットを操縦するように前記アレイを制御するアドレス論理手段と、 前記位置でデータを感知するように光学的にアドレスされた位置に応答する光感 知手段と、 前記位置で前記データを読取る読取り論理回路とを具備している光学フェイズド アレイメモリ読取りを使用した光学メモリ。
23. ２３．前記メモリ素子はバクテリオロドプシンを含んでいる請求項２２記載の光 学メモリ。
24. ２４．前記メモリ素子は２つ以上のビームの交差部において応答する高い２光子 吸収断面による光学的な非直線性によって特徴付けられる材料の３次元ブロック であり、前記フェイズドアレイ手段は集束された光ビームをそれぞれ生成する少 なくとも２つの光学フェイズドアレイを含み、前記メモリ素子は前記アレイビー ムの交差部の位置でアドレスされる請求項２２記載の光学メモリ。
25. ２５．前記光学素子は直線構造であり、前記光感知手段は前記光学アレイの対応 したものと反対側の前記メモリ素子に隣接してそれぞれ配置された第１および第 ２のセンサアレイを含んでいる請求項２４記載の光学メモリ。