JPH09127568A

JPH09127568A - 高周波移相器アレー

Info

Publication number: JPH09127568A
Application number: JP28531795A
Authority: JP
Inventors: Osamu Kobayashi; 理小林
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1995-11-01
Filing date: 1995-11-01
Publication date: 1997-05-16

Abstract

(57)【要約】【課題】複数個の高周波信号の移相を並列的に処理す
るために用いる回路に関し、光信号処理技術を適用した
高周波信号移相器のアレーの出力信号の安定化と光学系
の構成の簡略化を図ることを課題とする。【解決手段】高周波信号を入力とし、高周波信号の周
波数スペクトルの形を保存して重畳した信号光と、局部
発振光とを互いに直交する偏波の状態で多重して出力す
るＥＯ変換手段をＮ個備え、そのＮ個の出力を、それぞ
れ、Ｎ個の複屈折性を利用した光移相器に入力して各々
の光移相器において信号光と局部発振光の間に位相差を
与え、そのＮ個の出力を、直交する偏光を合成する手段
に接続し、信号光と局部発振光を合成し、そのＮ個の出
力を、それぞれ、Ｎ個のＯＥ変換手段に接続し、Ｎ個の
高周波信号を取り出すように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は高周波移相器に関す
るもので、複数個の高周波信号の移相を並列的に処理す
るために用いる回路に係るものである。

【０００２】

【従来の技術】マイクロ波帯の高周波信号の位相を制御
するための技術に、光波を媒介にして信号処理を行なう
手法がある。これは、高周波信号を一旦光信号に変換
し、光波の位相の制御を行ない、光ヘテロダイン法によ
り光信号から再び高周波信号を取り出す方法である。こ
の手法は信号の位相の操作を必要とするので、光ヘテロ
ダイン法の適用は必須である。

【０００３】移相器の物理的な大きさは、処理を行なう
信号の波長オーダとなる。分布定数線路より構成される
高周波信号の移相器は、その波長オーダであるミリメー
トルからセンチメートル以上の大きさである。そこで、
高周波信号を光信号に変換し、物理的な大きさが光の波
長オーダ（マイクロメートル）である光移相器を用いて
位相の制御を行なうことが考えられ、これにより回路の
大幅な小型化が期待できる。また、光信号は耐電磁干渉
に優れ、信号の並列処理にも適する。

【０００４】図６は、従来の光信号処理技術を適用した
高周波信号を入出力とする移相器のアレーを示す図であ
って、その動作原理は以下に記載するとおりである。装
置はアレーとなっているが、まず、アレーを構成する１
つの信号経路について説明する。

【０００５】レーザ光源１０１₁の出力は、光ファイバ
１０２ａ₁を経て、コリメータ１０３ａ₁によりコリメ
ートされた平行光線として空間に出射される。この光線
はハーフミラー１０４ａにより、反射光と透過光に二分
される。

【０００６】ハーフミラー１０４ａの反射光は光周波数
シフタ１０５₁に入射している。光周波数シフタ１０５
₁には高周波信号源１０６₁から信号が入力されてお
り、入射光の光周波数を高周波信号の周波数分シフトさ
せた光波が出力される。

【０００７】つまり、光周波数シフタ１０５₁の入射光
の角光周波数をω_opt1、高周波信号源１０６₁の出力の
角周波数をω_rf1とするとき、光周波数シフタ１０５₁
からは、ｃｏｓ（ω_opt1＋ω_rf1）ｔなる光波が出射さ
れる。

【０００８】光周波数シフタ１０５₁の出射光はミラー
１０７ａを経て、次いで光移相器１０８₁に入射してい
る。光波は、光移相器１０８₁を透過することにより位
相の変化を受ける。位相の変化の量をφ₁とすると、光
移相器１０８₁の出力はｃｏｓ｛（ω_opt1＋ω_rf1）ｔ
−φ₁｝となる。光移相器１０８₁の出力はハーフミラ
ー１０４ｂを透過し、コリメータ１０３ｂ₁に入射して
いる。

【０００９】一方、ハーフミラー１０４ａの透過光は、
ミラー１０７ｂ及びハーフミラー１０４ｂを経て、コリ
メータ１０３ｂ₁に入射している。高周波信号により周
波数を、シフトならびに所定の値に位相が設定された光
波ｃｏｓ｛（ω_opt1＋ω_rf1）ｔ−φ₁｝と、レーザ光
源の出射光ｃｏｓω_opt1ｔはハーフミラー１０４ｂ上で
合成され、コリメータ１０３ｂ₁に同時に入射してい
る。コリメータ１０３ｂ₁に入射した２つの光は、光フ
ァイバ１０２ｂ₁を通り、光受信機１０９₁の入力とな
っている。

【００１０】光受信機１０９₁において２つの光信号は
二乗検波され、そのビート成分として高周波信号が取り
出される。この信号は、Ａｃｏｓ（ω_rf1ｔ−φ₁）と
なる。ただし、Ａは比例定数である。光受信機の出力高
周波信号Ａｃｏｓ（ω_rf1ｔ−φ₁）の位相は、光移相
器１０８₁で設定する位相に応じて変化する。

【００１１】系は全体はアレー化されており、レーザ光
源１０１₁〜１０１_Nのアレー、光周波数シフタ１０５
₁〜１０５_Nのアレー、光受信機１０９₁〜１０９_Nの
アレー、光ファイバ１０２ａ₁〜１０２ａ_N，１０２ｂ
₁〜１０２ｂ_Nのアレー、コリメータ１０３ａ₁〜１０
３ａ_N，１０３ｂ₁〜１０３ｂ_Nのアレーが使われてい
る。

【００１２】他の信号系統についても動作は同様であ
り、図６に示した系ではＮ個の高周波信号の位相を制御
することが可能である。光信号処理の１つの特徴は、並
列信号処理に適することである。レーザ光源や光移相器
は並列に配列されたものが開発されており、この回路に
もこれらの素子を使用することが可能である。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】上述したような従来
の、複数の高周波信号の位相を制御する回路（高周波移
相器のアレー）の構成では以下の点で問題がある。

【００１４】先ず、１つは、出力高周波信号の位相の安
定性の問題である。図６の構成は、マッハツェンダー型
の干渉計をアレー化したものである。マッハツェンダー
型の干渉計には２つのアームがある。図６では、ハーフ
ミラー１０４ａとミラー１０７ａで反射されハーフミラ
ー１０４ｂに到達する光路と、ハーフミラー１０４ａを
透過しミラー１０７ｂで反射されハーフミラー１０４ｂ
に到達する光路がこれに当たる。

【００１５】前者の経路における光信号の位相回転の量
をφ_a（ただし光移相器における位相変化分を除く）、
後者の経路における光信号に対する位相長をφ_bとする
とき、光波信号はそれぞれｃｏｓ｛（ω_opt＋ω_rf）ｔ
−φ−φ_a｝，ｃｏｓ（ω_op _tｔ−φ_b）となる。

【００１６】高周波信号はこれらビート信号成分で、こ
れはｃｏｓ｛ω_rfｔ−φ−（φ_a−φ_b）｝と書ける。
出力高周波信号の位相項には（φ_a−φ_b）が加わる。
振動、空気の揺らぎ、温度変化を原因として、実効的な
経路長、すなわち、（φ_a−φ_b）は変動する。

【００１７】変動の量がマイクロメータのオーダ程度と
わずかなものであっても、これは光の波長とコンパラブ
ルであり、光信号の位相に換算すれば大きな値となる。
光ヘテロダイン法により光の位相の変化はそのまま高周
波信号の位相の変化となるので、高周波信号出力の位相
は大きな影響を受ける。

【００１８】２つめの問題点は、光学系の構成が複雑な
ことである。図６において、光波はハーフミラー１０４
ａにより分岐され、ミラー１０７ａまたは１０７ｂによ
り反射され、ハーフミラー１０７ｂで再び合成され光受
信機の入力となっている。複数の光路についてこれを行
なう必要があるために、ミラー及びハーフミラーの位置
や角度の調整にかなりの困難を伴う。

【００１９】本発明は、光信号処理技術を適用した高周
波信号移相器のアレーに関して、出力信号の位相の安定
化と、光学系の構成の簡略化を図ることが可能な高周波
移相器アレーを提供することを目的としている。

【００２０】

【課題を解決するための手段】高周波信号を重畳した信
号光と局部発振光を同時に同一伝送路を伝送し、そのう
ち信号光の位相を選択的に制御（局部発振光の位相を制
御してもよい）した後、信号光と局部発振光を合成し光
ヘテロダイン法により高周波信号を取り出す構成によ
り、高周波信号の伝送と位相の制御ができる。

【００２１】信号光と局部発振光の伝送において、伝送
路を自由空間や定偏波光ファイバとし、２つの直交する
偏光あるいは独立な伝送モードを使う。複屈折性を有す
る光学素子を信号伝送経路中に挿入することにより、信
号光または局部発振光の位相を選択的に制御できる。本
発明は、上述の手法の組み合わせにより、課題を解決す
る。

【００２２】すなわち、請求項１の発明は、高周波信号
を入力とし、高周波信号の周波数スペクトルの形を保存
して重畳した信号光と、局部発振光とを互いに直交する
偏波の状態で多重して出力するＥＯ変換手段をＮ個備
え、該Ｎ個のＥＯ変換手段の各出力を、それぞれ、Ｎ個
の複屈折性を利用した光移相器に入力して各々の光移相
器において信号光と局部発振光の間に位相差を与え、

【００２３】該Ｎ個の光移相器の各出力を、直交する偏
光を合成する手段に接続し、信号光と局部発振光を合成
し、そのＮ個の出力を、それぞれ、Ｎ個のＯＥ変換手段
に接続し、Ｎ個の高周波信号を取り出すように構成した
高周波移相器アレーである。

【００２４】請求項２の発明は、２つのレーザ光源があ
り、その内の１つのレーザ光源は、高周波信号及びフィ
ードバック信号を入力とし、その２つの信号を比較し、
差が常にゼロになるように制御する手段により制御さ
れ、その光出力には高周波信号の周波数スペクトルの形
を保存して重畳し、該光出力と他のレーザ光源の出力と
を合成手段に入力し、

【００２５】互いに直交する偏波の状態で多重し、その
出力を１：（Ｎ＋１）の光分配器に入力し、該光分配器
の出力の１つを直交する偏波を合成する手段に入力し、
次いでＯＥ変換手段に接続してビート信号成分を取り出
し、そのビート信号成分をフィードバック信号とし、前
述のレーザを制御する手段に入力し、

【００２６】１：（Ｎ＋１）の光分配器の残りのＮ個の
出力を、それぞれ、Ｎ個の光移相器を並列に配列して構
成した光移相器のアレーに接続して、各々の移相器にお
いて２つの直交する偏波の信号の間に位相差を与え、

【００２７】該Ｎ個の光移相器の出力を、直交する偏光
を合成する手段に接続し、該合成手段のＮ個の出力を、
それぞれ、Ｎ個のＯＥ変換手段に接続し、Ｎ個の高周波
信号を取り出すように構成した高周波移相器アレーであ
る。

【００２８】請求項３の発明は、高周波信号を入力と
し、高周波信号の周波数スペクトルの形を保存して重畳
した信号光、ならびに、局部発振光とを互いに直交する
偏波の状態で多重して出力するＥＯ変換手段を備え、そ
の出力を、Ｎ本に分岐する手段に接続し、該分岐手段の
Ｎ個の出力を、それぞれ、Ｎ個の複屈折性を利用する光
移相器に入力して、

【００２９】各々の光移相器において信号光と局部発振
光の間に位相差を与え、該Ｎ個の光移相器の出力を、直
交する偏光を合成する手段に接続し、信号光と局部発振
光を合成し、該直交する偏光を合成する手段のＮ個の出
力を、それぞれ、Ｎ個のＯＥ変換手段に接続し、Ｎ個の
高周波信号を取り出すように構成した高周波移相器アレ
ーである。

【００３０】ここで、本発明における基本要素技術とな
る、偏波多重光ヘテロダイン法を適用した高周波信号の
伝送と位相の制御について説明する。

【００３１】図５は、偏波多重光ヘテロダイン法を適用
して高周波信号の位相を制御する系の基本構成を示した
ものである。入力する高周波信号をｃｏｓω_rfｔとする
とき、高周波信号はＥＯ変換手段によりｃｏｓ（ω_opt
＋ω_rf）ｔなる光信号に変換される。

【００３２】ここで、ω_rfとω_optは、それぞれ、高周
波信号の角周波数と光源の光角周波数を表わしている。
ＥＯ変換された出力ｃｏｓ（ω_opt＋ω_rf）ｔは「信号
光」として作用するもので、一般的には、高周波信号の
信号スペクトルをそのままの形に保って高周波信号が光
信号に重畳していると解釈できる。

【００３３】ＥＯ変換手段は同時に「局部発振光」とし
てｃｏｓω_optｔなる光波信号も出力している。「局部
発振光」は図中では「局発光」と表示している。これは
以降説明する他の図においても同様である。

【００３４】ＥＯ変換手段の出力は、図５に示すように
ＸＹＺ直交座標系１１０において、信号光１１１ａと局
部発振光１１２ａをそれぞれ直交する直線偏波の状態で
出力する。図では、光波の伝搬方向をＺ軸にとり、信号
光をＹ軸に平行な偏波面に、局部発振光をＸ軸に平行な
偏波面に割り当てている。

【００３５】ＥＯ変換手段の出力は複屈折性光学素子１
１３に入射する。複屈折は偏波により屈折率が異なる性
質である。複屈折性光学素子は２つの光軸を有する。光
軸と一致する偏波面の直線偏波の光波については、入射
と出射で偏波は同一であるが、２つの光軸において屈折
率が異なるために、それぞれ光波には異なる量の位相遅
れが与えられる。

【００３６】図５では、２つの光軸をＸＹＺ直交座標系
１１０のＸ軸とＹ軸に一致させて複屈折性光学素子１１
３を置いている。複屈折性光学素子のＸ軸に平行な直線
偏波の屈折率をｎ_X、Ｙ軸に平行な直線偏波の屈折率を
ｎ_Yとするとき、複屈折性光学素子１１３を透過するこ
とにより信号光１１１ａと局部発振光１１２ａは異なる
位相の遅れを受ける。信号はそれぞれ、“数１”のよう
に書き表わされる。

【００３７】

【数１】ただし、ｋは真空中の光波の波数、ｄは複屈折性光学素
子１１３の光波伝搬方向の厚さを表わしている。また、
局部発振光を局発光と表示している。

【００３８】上述の異なる量の位相変化が与えられた信
号光と局部発振光は、複屈折性光学素子に後置した傾き
角をθ_a（１１５）とする検光子１１４により合成さ
れ、信号光１１１ｂ、局部発振光１１２ｂとして出力さ
れる。合成された信号を二乗検波することにより、信号
光と局部発振光のビート成分として高周波信号を取り出
すことが可能である。

【００３９】この信号はＡｃｏｓ｛ω_rtｔ−ｋ（ｎ_y−
ｎ_x）ｄ｝と書ける。ただし、Ａは高周波信号の振幅を
表わしている。出力される高周波信号は、入力高周波信
号ｃｏｓω_rfｔに対して位相がｋ（ｎ_y−ｎ_x）ｄ遅れ
たものであり、系は移相器として動作していることがわ
かる。

【００４０】電界制御複屈折型（ＥＣＢモード）ネマテ
ィック液晶素子１１３ａを図５の複屈折性光学素子１１
３として用いれば、移相量を電圧により制御することが
可能である。ＥＣＢモードネマティック液晶素子は、素
子に加える電圧の大きさにより２つの複屈折率のうちの
一方を可変とする。

【００４１】ネマティック液晶分子は細長い回転楕円体
で、楕円体の長軸に平行な偏波の光波についてはｎ_e、
楕円体の短軸に平行な偏波の光波についてはｎ_oなる屈
折率を有する。ホモジニアス配向処理されたＥＣＢモー
ドネマティック液晶素子は、透明電極を形成した平行な
２枚のガラス板の間にネマティック液晶材料を封入して
作られる。

【００４２】電圧を与えない状態でネマティック液晶分
子の長軸がガラス板と平行に配向しており、かつ、２枚
のガラス板で配向は同一方向としている。液晶素子に電
圧を加えると、電界方向に沿うように液晶分子は傾く。

【００４３】ＥＣＢモードネマティック液晶素子１１３
ａをＸＹＺ直交座標系１１０において、ガラス板がＸＹ
平面に平行な面内に来るように、また電圧を与えない状
態のネマティック液晶分子の長軸方向とＹ軸が一致する
ように置くとき、Ｘ軸及びＹ軸に平行な偏光についての
屈折率ｎ_Xならびにｎ_Yは“数２”で表わされる。

【００４４】

【数２】ただし、液晶層で分子の傾き角は一様であることを仮定
し、θ_S（１１７）は液晶分子のガラス板からの傾き角
を表わしている。液晶素子に電圧を加えると、液晶分子
の傾き角θ_Sは０°から最大９０°まで変化する。

【００４５】“数２”から、液晶分子の傾き角θ_S、す
なわち液晶素子に加える電圧の変化に対して、ｎ_Xは一
定であるのに対して、ｎ_Yはｎ_eからｎ_oの間で変化す
ることがわかる。通常、ｎ_e＞ｎ_oであるので、液晶電
圧の増加に伴って、ｎ_Yは単調に減少する。ｎ_Y、すな
わち、液晶素子に加える電圧を変えることにより位相遅
れの量は制御できる。

【００４６】以上に説明した原理に基づき、図５に示し
た構成により高周波信号の移相を光波信号を媒介にして
行なうことができることがわかる。

【００４７】

【発明の実施の形態】図１は本発明の実施の形態の第１
の例を示す図であって、光波信号処理を適用した高周波
信号移相器のＮ個のアレーを示している。

【００４８】高周波信号１１８ａ₁〜１１８ａ_Nが入力
信号で、それぞれ、ＥＯ変換手段１１９₁〜１１９_Nに
より光信号に変換されている。ＥＯ変換手段１１９₁〜
１１９_Nは「課題を解決するための手段」の項で図５に
基づいて説明した機能を有するもので、それぞれ、入力
高周波信号ｃｏｓω_rfｔに対して、信号光ｃｏｓ（ω
_opt＋ω_rf）ｔと局部発振光ｃｏｓω_optｔを直交する
偏波の状態で出力する。

【００４９】図４は、ＥＯ変換手段１１９の構成例を示
したものである。同図において、レーザ光源１０１ｃは
単一周波数・単一モードで連続発振し、コリメート光を
出射している。出射光線の偏光は紙面に垂直な直線偏光
であると仮定する。この光はハーフミラー１０４ｃによ
り２つの経路に分岐される。

【００５０】ハーフミラー１０４ｃを透過する経路の光
は、光周波数シフタ１０５ｃに入射している。光周波数
シフタには高周波信号が入力しており、入射光の光周波
数を電気信号の周波数分だけシフトした光を出射する。
入射光の角周波数をω_opt、高周波信号の角周波数をω
_rfとするとき、角周波数が（ω_opt＋ω_rf）なる光波が
出力される。

【００５１】光周波数シフタ１０５ｃの出力はミラー１
０７ｄにより反射され、偏光ビームスプリッタ１２６に
入射している。ハーフミラー１０４ｃにより反射された
もう一方の経路の光波は、ミラー１０７ｃにより反射さ
れ、半波長板１２７に入射している。半波長板１２７に
より、光波の偏波は垂直偏光から水平偏光に変換され
る。

【００５２】２つの経路の光波は、偏光ビームスプリッ
タ１２６により再び１つの経路に合成される。偏光ビー
ムスプリッタ１２６の出射光は、２つの異なる周波数の
光波が直交した直線偏波で合成されたもので、水平偏光
の光波が角周波数ω_opt、垂直偏光の光波が角周波数
（ω_opt＋ω_rf）となっている。

【００５３】この出射光はファイバコリメータ１０３ｅ
により、定偏波光ファイバ１２０ａに導かれている。図
４に示した構成は全体として、高周波信号を入力とし、
高周波信号が重畳した光波信号を出力する系となってい
ることがわかる。

【００５４】図１のＥＯ変換手段１１９には、２つのレ
ーザ光源とフィードバック回路を用いる別の構成を採用
することもできる。そのような構成に関しては、後述す
る「本発明の実施の形態」の第２の例の説明の中で記述
している。

【００５５】ＥＯ変換手段１１９₁〜１１９_Nの出力の
それぞれは、定偏波光ファイバ１２０ａ₁〜１２０ａ_N
に入力され、コリメータ１０３ｃ₁〜１０３ｃ_Nにより
平行光として出射される。なおここで、コリメータ１０
３ｃ₁〜１０３ｃ_Nは信号光を紙面に垂直な偏光で、ま
た、局部発振光を紙面に水平な偏光で出射するように置
く。

【００５６】コリメータから出射した光線は、ＥＣＢモ
ードネマティック液晶素子１１３ｂに入射している。液
晶素子にはＮ個のセル１１３ｂ₁〜１１３ｂ_Nが形成さ
れており、それぞれのセルに独立に電圧を加えて、複屈
折率を制御することができる。ＥＣＢモードネマティッ
ク液晶素子１１３ｂは、電圧を加えない状態で液晶分子
の長軸が紙面に垂直になるように設置してある。

【００５７】ＥＣＢモードネマティック液晶素子の動作
は「課題を解決するための手段」の項で図５に基づいて
説明したとおりで、電圧を加えることにより紙面に垂直
な偏光（信号光１１１）に対して位相遅れを与えること
ができる。紙面に水平な偏光（局部発振光１１２）に対
しては、位相は変化しない。このようにして、信号光と
局部発振光の間に位相差を与える。

【００５８】ＥＣＢモードネマティック液晶素子の透過
光は、検光子１１４に入射される。検光子は紙面に対し
て４５°傾いた偏光成分を透過するように置かれてい
る。検光子において、信号光と局部発振光のそれぞれは
一括して合成される。

【００５９】合成された信号光と局部発振光のそれぞ
れ、コリメータ１０３ｄ₁〜１０３ｄ _Nに入射しシング
ルモード光ファイバ１２１ａ₁〜１２１ａ_NによりＯＥ
変換手段１０９ａ₁〜１０９ａ_Nに入力されている。Ｏ
Ｅ変換手段１０９ａ₁〜１０９ａ_Nでは、信号光と局部
発振光のビート信号として、入力と同じ周波数を有する
高周波信号が取り出される。取り出される高周波信号の
位相は液晶素子のセルに与える電圧により制御可能であ
り、図１で示した構成は、高周波移相器のＮ個のアレー
として動作する。

【００６０】図１において、系は信号の１次元アレーと
して図示したが、２次元アレーとする構成も考えること
ができる。コリメータ１０３ｃ₁〜１０３ｃ_N，１０３ｄ
₁〜１０３ｄ_Nは２次元的に配列したものも作製できる。
また、ネマティック液晶素子１１３ｂもセルを２次元的
に配列させたものを用意できる。このようなコンポーネ
ントを使用することにより、系の２次元アレー化が可能
となる。２次元アレー化により信号のさらなる大規模な
並列信号処理を小さな体積で行なうことが期待できる。
これも本発明の特徴の１つである。２次元アレー化は、
後に説明する図２や図３においても実施可能である。

【００６１】図２は本発明の実施の形態の第２の例を示
す図で、１つの高周波信号を入力とし、所望の位相に設
定したＮ個の高周波信号を出力する回路を示している。
高周波信号１１８ｃを入力信号とし、ＥＯ変換手段１１
９ａにより光信号に変換する。ＥＯ変換手段１１９ａは
前述のＥＯ変換手段と同様な機能を有するもので、入力
高周波信号ｃｏｓω_rfｔに対して、信号光ｃｏｓ（ω
_opt＋ω_rf）ｔと局部発振光ｃｏｓω_optｔを直交する
偏波の状態で出力する。

【００６２】図２に記載のＥＯ変換手段１１９ａは、２
つのレーザ光源１０１ａと１０１ｂを有する。高周波信
号１１８ｃと後述するフィードバック信号１２２はコン
トローラ１２３の入力となっている。コントローラ１２
３は、２つの信号の周波数を比較し、それが常に一致す
るように、レーザの片方（１０１ｂ）の注入電流や温度
を変えることにより、レーザの発振周波数を制御する機
能を有する。

【００６３】入力高周波信号１１８ｃの角周波数を
ω_rf、レーザ光源１０１ａの出射波の角周波数をω_opt
とするとき、レーザ光源１０１ｂの出射波は角周波数
（ω_opt＋ω_rf）に設定される。このようにして高周波
信号１１８ｃは光信号に重畳される。レーザ１０１ａの
出力は局部発振光、レーザ１０１ｂの出力は信号光とし
て作用する。レーザ光源１０１ａと１０１ｂの出力は、
合成器１２４によって、直交する偏波の状態で合成され
る。

【００６４】ＥＯ変換手段１１９ａの出力は、定偏波光
ファイバ１２０ａに入力され、次いで１：（Ｎ＋１）の
光分配器１２５ａにより分配される。分配器の出力の１
つは、定偏波光ファイバ１２０ｂ_N+1を経て、経路中に
検光子１１４ａによって信号光と局部発振光が合成さ
れ、シングルモード光ファイバ１２１ａを経て、ＯＥ変
換手段１０９ｂ_N+1に入力される。

【００６５】ＯＥ変換手段１０９ｂ_N+1において、信号
光と局部発振光のビート成分である高周波信号が取り出
される。高周波電気信号はフィードバック信号１２２と
して、ＥＯ変換手段内のコントローラ１２３の入力の１
つになっている。

【００６６】光分配器の残りのＮ本の光出力に加えられ
る処理は、「発明の実施の形態」の第１の例の説明中の
記載と同じである。光分配器１２５ａの出力は、定偏波
光ファイバ１２０ｂ₁〜１２０ｂ_Nを経て、コリメータ
１０３ｅ₁〜１０３ｅ_Nにより空間に出射される。コリ
メータ１０３ｅ₁〜１０３ｅ_Nは、信号光を紙面に垂直
な偏光で、局部発振光を紙面に水平な偏光で出射する。

【００６７】コリメータ１０３ｅ₁〜１０３ｅ_Nから出
射した光波は、ＥＣＢモードネマティック液晶素子１１
３ｃに入射され、信号光についてのみ選択的に、それぞ
れ位相の変化を受ける。ＥＣＢモードネマティック液晶
素子１１３ｃの透過光は、後置の検光子１１４において
信号光と局部発振光が合成される。

【００６８】合成された信号光と局部発振光のペアは、
それぞれ、コリメータ１０３ｆ₁〜１０３ｆ_Nに入射し
シングルモード光ファイバ１２１ｂ₁〜１２１ｂ_Nを経
てＯＥ変換手段１０９ｂ₁〜１０９ｂ_Nに入力される。
ＯＥ変換手段１０９ｂ₁〜１０９ｂ_Nにおいて、信号光
と局発光のビート成分が取り出される。

【００６９】取り出された高周波信号１１８ｃ₁〜１１
８ｃ_Nは入力信号と同じ周波数で、それらの位相は液晶
素子のセル１１３ｃ₁〜１１３ｃ₈に与える電圧により
所望の値に設定されている。以上の原理で、図２に記載
した回路は１入力Ｎ出力の高周波移相器のアレーとして
動作する。

【００７０】図３は本発明の実施の形態の第３の例を示
したものである。この例は先の第２の例に示した回路と
同様な機能を有する回路で、１つの高周波信号を入力と
し所望の位相に設定されたＮ個の高周波信号を出力す
る。

【００７１】高周波信号１１８ｄを入力信号とし、ＥＯ
変換手段１１９ｂにより光信号に変換する。ＥＯ変換手
段１１９ｂは実施例１に記載のものと同様なもので、入
力高周波信号ｃｏｓω_rfｔに対して、信号光ｃｏｓ（ω
_opt＋ω_rf）ｔと局部発振光ｃｏｓω_optｔを直交する
偏波の状態で出力する。ＥＯ変換手段１１９ｂの出力は
定偏波光ファイバ１２０ｄに入力され、次いで接続され
た１：Ｎの光分配器１２５ｂにより分配される。

【００７２】Ｎ個に分配された信号のそれぞれは定偏波
光ファイバ１２０ｃ₁〜１２０ｃ_Nを経て、コリメータ
１０３ｇ₁〜１０３ｇ_Nにより平行光として出射され
る。なお、コリメータは、信号光１１１を紙面に垂直な
偏光で、局部発振光１１２を紙面に水平な偏光で出射す
る。

【００７３】コリメータ１０３ｇ₁〜１０３ｇ_Nから出
射した光波は、先に説明した実施の形態の第１の例に記
載の処理と全く同様の操作を受ける。Ｎ個のセル１１３
ｄ₁〜１０３ｄ_Nにより構成されるＥＣＢモードネマティ
ック液晶素子１１３ｄにより、それぞれの光路において
は、信号光と局部発振光の位相差が制御される。ＥＣＢ
モードネマティック液晶素子１１３ｄの透過光は検光子
１１４に入射し、信号光と局部発振光は一括して合成さ
れる。

【００７４】合成された信号光と局部発振光のそれぞれ
は、コリメータ１０３ｈ₁〜１０３ｈ_Nに入射しシング
ルモード光ファイバ１２１ｃ₁〜１２１ｃ_Nを経て、Ｏ
Ｅ変換手段１０９ｃ₁〜１０９ｃ_Nに入力している。Ｏ
Ｅ変換手段１０９ｃ₁〜１０９ｃ_Nにおいて、信号光と
局発光のビート成分が取り出される。取り出された高周
波信号１１８ｄ₁〜１１８ｄ_Nは入力された高周波信号
１１８ａと同じ周波数で、それらの位相は液晶セル１１
３ｄ₁〜１１３ｄ_Nに与える電圧により所望の値に設定
される。

【００７５】以上に説明した動作原理に基づいて、図３
に記載した回路は１入力Ｎ出力の高周波移相器のアレー
として動作する。

【００７６】

【発明の効果】本発明は、光ヘテロダイン法を適用した
高周波移相器アレーに関して、信号光と局部発振光を直
交した偏波で多重化した構成を採るものである。光信号
を媒介にする高周波移相器は、従来は、マッハツェンダ
ー干渉計により構成されていたので、Ｎ本のアレー化を
図る場合、２つの光路を経た光波をＮ本の信号系統につ
いて合成する必要があったが、このような光学系を構築
し構成するにはかなりの困難が伴うという問題があっ
た。

【００７７】本発明によれば、信号光と局発光は１つの
伝送路により伝送され、光学系はコリメータの対により
構成される。そして、１つの光路上に１つの干渉計が置
かれているため、光学系は大幅に簡略化される。また、
信号光と局部発振光が同一経路を伝搬するため、系に外
乱が加わってもそれは２つの光信号に同じに作用する。

【００７８】このような外乱は、ヘテロダイン検波によ
り除去され、出力される高周波信号の位相の安定化を図
ることができる。本発明により、光信号処理を利用した
高周波移相器に関して、出力の位相が安定で、かつ、大
規模なアレーを実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の第１の例を示す図であ
る。

【図２】本発明の実施の形態の第２の例を示す図であ
る。

【図３】本発明の実施の形態の第３の例を示す図であ
る。

【図４】本発明で使用するＥＯ変換手段の構成の例を示
す図である。

【図５】偏波多重光ヘテロダイン法を適用して高周波電
気信号の位相を制御する系の基本構成を示す図である。

【図６】従来の光信号処理技術を適用した高周波信号を
入出力する移相器のアレーを示す図である。

【符号の説明】

１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃ，１０１₁〜１０１_N
レーザ光源１０２ａ₁〜１０２ａ_N，１０２ｂ₁〜１０２ｂ_N
光ファイバ１０３ａ₁〜１０３ａ_N，１０３ｂ₁〜１０３ｂ_N，１
０３ｃ₁〜１０３ｃ_N，１０３ｄ₁〜１０３ｄ_N，１０
３ｅ，１０３ｅ₁〜１０３ｅ_N，１０３ｆ₁〜１０３ｆ
_N，１０３ｇ₁〜１０３ｇ_N，１０３ｈ₁〜１０３ｈ_N
コリメータ１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃハーフミラー１０５₁〜１０５_N，１０５ｃ光高周波シフタ１０６₁〜１０６_N 高周波信号源１０７ａ，１０７ｂ，１０７ｃ，１０７ｄミラー１０８₁〜１０８_N 光移相器１０９₁〜１０９_N 光受信機１０９ａ₁〜１０９ａ_N，１０９ｂ₁〜１０９ｂ_N+1，
１０９ｃ₁〜１０９ｃ_N ＯＥ変換手段１１０ＸＹＺ直交座標系１１１信号光１１１ａ信号光（入力）１１１ｂ信号光（出力）１１２局発光１１２ａ局発光（入力）１１２ｂ局発光（出力）１１３複屈折性光学素子１１３ａ，１１３ｂ，１１３ｂ₁〜１１３ｂ_N，１１３
ｃ，１１３ｃ₁〜１１３ｃ_N，１１３ｄ，１１３ｄ₁〜
１１３ｄ_N ＥＣＢモードネマティック液晶素子１１４，１１４ａ検光子１１５検光子の傾き角（θ_a）１１６ネマティック液晶分子１１７ネマティック液晶分子の傾き角（θ_s）１１８ａ，１１８ａ₁〜１１８ａ_N，１１８ｃ，１１８
ｄ高周波信号（入力）１１８ｂ₁〜１１８ｂ_N，１１８ｃ₁〜１１８ｃ_N，１
１８ｄ₁〜１１８ｄ_N 高周波信号（出力）１１９ａ，１１９ｂ，１１９₁〜１１９_N ＥＯ変換
手段１２０ａ，１２０ａ₁〜１２０ａ_N，１２０ｂ₁〜１２
０ｂ_N+1，１２０ｃ₁〜１２０ｃ_N，１２０ｄ定偏
波光ファイバ１２１ａ₁〜１２１ａ_N，１２１ｂ₁〜１２１ｂ_N，１
２１ｃ₁〜１２１ｃ_N シングルモード光ファイバ１２２フィードバック信号１２３コントローラ１２４合成器１２５ａ１：（Ｎ＋１）光分配器１２５ｂ１：Ｎ光分配器１２６偏光ビームスプリッタ１２７半波長板

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】高周波信号を入力とし、高周波信号の周
波数スペクトルの形を保存して重畳した信号光と、局部
発振光とを互いに直交する偏波の状態で多重して出力す
るＥＯ変換手段をＮ個備え、該Ｎ個のＥＯ変換手段の各出力を、それぞれＮ個の複屈
折性を利用した光移相器に入力して各々の光移相器にお
いて信号光と局部発振光の間に位相差を与え、該Ｎ個の光移相器の各出力を、直交する偏光を合成する
手段に接続して、信号光と局部発振光を合成し、該合成手段のＮ個の出力を、それぞれ、Ｎ個のＯＥ変換
手段に接続し、Ｎ個の高周波信号を取り出す、ように構
成したことを特徴とする高周波移相器アレー。
【請求項２】２つのレーザ光源があり、その内の１つのレーザ光源は、高周波信号及びフィード
バック信号を入力とし、その２つの信号を比較し、差が
常にゼロになるように制御する手段により制御され、そ
の光出力には高周波信号の周波数スペクトルの形を保存
して重畳し、上記光出力と、２つのレーザ光源の内の他のレーザ光源
の出力とを、合成手段に入力して、互いに直交する偏波
の状態で多重し、該合成手段の出力を１：（Ｎ＋１）の光分配器に入力
し、該光分配器の各出力の１つを直交する偏波を合成する手
段に入力し、次いでＯＥ変換手段に接続してビート信号
成分を取り出し、そのビート信号成分をフィードバック信号とし、前述の
レーザを制御する手段に入力し、１：（Ｎ＋１）の光分配器の残りのＮ個の出力を、それ
ぞれ、Ｎ個の光移相器を並列に配列して構成した光移相
器のアレーに接続して、各々の移相器において２つの直
交する偏波の信号の間に位相差を与え、該Ｎ個の光移相器の各出力を、直交する偏光を合成する
手段に接続し、該合成手段のＮ個の出力を、それぞれ、Ｎ個のＯＥ変換
手段に接続し、Ｎ個の高周波信号を取り出す、ように構
成したことを特徴とする高周波移相器アレー。
【請求項３】高周波信号を入力とし、高周波信号の周
波数スペクトルの形を保存して重畳した信号光、ならび
に、局部発振光とを互いに直交する偏波の状態で多重し
て出力するＥＯ変換手段を備え、該ＥＯ変換手段の出力を、Ｎ本に分岐する手段に接続
し、該分岐手段のＮ個の出力を、それぞれ、Ｎ個の複屈折性
を利用する光移相器に入力して、各々の光移相器におい
て信号光と局部発振光の間に位相差を与え、該Ｎ個の光移相器の各出力を、直交する偏光を合成する
手段に接続し、信号光と局部発振光を合成し、該直交する偏光を合成する手段のＮ個の出力を、それぞ
れ、Ｎ個のＯＥ変換手段に接続し、Ｎ個の高周波信号を
取り出す、ように構成したことを特徴とする高周波移相
器アレー。