JPS61258223A - 集積された光学的高周波位相シフト装置 - Google Patents
集積された光学的高周波位相シフト装置Info
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- JPS61258223A JPS61258223A JP61035372A JP3537286A JPS61258223A JP S61258223 A JPS61258223 A JP S61258223A JP 61035372 A JP61035372 A JP 61035372A JP 3537286 A JP3537286 A JP 3537286A JP S61258223 A JPS61258223 A JP S61258223A
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- Japan
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- light
- channel
- optical
- electrode pattern
- phase shifter
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- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour
- G02F1/03—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour based on ceramics or electro-optical crystals, e.g. exhibiting Pockels effect or Kerr effect
- G02F1/035—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour based on ceramics or electro-optical crystals, e.g. exhibiting Pockels effect or Kerr effect in an optical waveguide structure
- G02F1/0353—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour based on ceramics or electro-optical crystals, e.g. exhibiting Pockels effect or Kerr effect in an optical waveguide structure involving an electro-optic TE-TM mode conversion
-
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- G02F1/0136—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour for the control of polarisation, e.g. state of polarisation [SOP] control, polarisation scrambling, TE-TM mode conversion or separation
- G02F1/0142—TE-TM mode conversion
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
この発明は、集積された光学的高周波位相シフト装置に
関するものであり、特にマイクロ波フェイズドアレイレ
ーダのようなマイクロ波ｅｌＦに使用するのに適した装
置に関するものである。
関するものであり、特にマイクロ波フェイズドアレイレ
ーダのようなマイクロ波ｅｌＦに使用するのに適した装
置に関するものである。
［従来技術］
フェイズドアレイアンテナの概念はすでに知られており
、その利点は広く検討されているが、実際には僅かのレ
ーダにしか使用されていない。防御システム設計者がこ
れをなかなか採用しない主な理由は、アレイの各素子の
ためにアンテナ面に必要なプログラム可能なマイクロ波
位相シフト装置の大きさ、重量および価格の軽減ができ
ないことによるものである。これらの装置は高周波電力
を実質上完全に正確に切替えなければならず、しかも非
常に低損失でなければならない。第２の、しかし同様に
重要な理由は、各位相シフト素子に高周波送信装置を結
合するために使用する低損失同軸ケーブルの重量が大で
あり、しかも扱いにくいことである。
、その利点は広く検討されているが、実際には僅かのレ
ーダにしか使用されていない。防御システム設計者がこ
れをなかなか採用しない主な理由は、アレイの各素子の
ためにアンテナ面に必要なプログラム可能なマイクロ波
位相シフト装置の大きさ、重量および価格の軽減ができ
ないことによるものである。これらの装置は高周波電力
を実質上完全に正確に切替えなければならず、しかも非
常に低損失でなければならない。第２の、しかし同様に
重要な理由は、各位相シフト素子に高周波送信装置を結
合するために使用する低損失同軸ケーブルの重量が大で
あり、しかも扱いにくいことである。
最近、フェイズドアレイの設計において光学的部品の使
用が増加しつつある。重量を軽減し光学的伝送の特徴と
する利点、すなわち、低損失、広い帯域幅、電気的分離
、電磁放射を生じないこと、クロストークがないこと、
軽量の多重予備経路の使用による信頼性の向上等の利点
を利用するために、同軸ケーブルを光ファイバによって
置換することが出発点である。光学的手段の使用の概念
への飛躍があれば、マイクロ波の光学的制御ならびにマ
イクロ波の光学的変調は可能であるばかりでなく、非常
に好ましいものであることが認められる。この方法はア
ンテナヘッドからマイクロ波位相シフト装置を完全に除
去する通を開いた。これは大幅に重量を軽減し、アンテ
ナのビーム位置をさらに正確にし、単位位相設定当りの
使用ビットの増加によって安定度の向上を可能にする。
用が増加しつつある。重量を軽減し光学的伝送の特徴と
する利点、すなわち、低損失、広い帯域幅、電気的分離
、電磁放射を生じないこと、クロストークがないこと、
軽量の多重予備経路の使用による信頼性の向上等の利点
を利用するために、同軸ケーブルを光ファイバによって
置換することが出発点である。光学的手段の使用の概念
への飛躍があれば、マイクロ波の光学的制御ならびにマ
イクロ波の光学的変調は可能であるばかりでなく、非常
に好ましいものであることが認められる。この方法はア
ンテナヘッドからマイクロ波位相シフト装置を完全に除
去する通を開いた。これは大幅に重量を軽減し、アンテ
ナのビーム位置をさらに正確にし、単位位相設定当りの
使用ビットの増加によって安定度の向上を可能にする。
［発明の解決すべき問題点〕
現在では光搬送波にマイクロ波変調を与える最も普通の
方法は、レーザ駆動回路による直接振幅変調（ＡＭ）ま
たは外部振幅変調、例えばＬ ｉ Ｎ ｂ０３ マツハ
−ツエンデル（Ｍ ａｃｈ−２ｅｈｎｄｓｒ）変調装置
による据幅変調である。ＡＭが使用されるとき、マイク
ロ波変調の位相は光学的搬送波の位相を変えることによ
って変更されることはできず（ＳＳＢが使用されるよう
な場合）、それ故もつと適切な手段が使用されなければ
ならない。
方法は、レーザ駆動回路による直接振幅変調（ＡＭ）ま
たは外部振幅変調、例えばＬ ｉ Ｎ ｂ０３ マツハ
−ツエンデル（Ｍ ａｃｈ−２ｅｈｎｄｓｒ）変調装置
による据幅変調である。ＡＭが使用されるとき、マイク
ロ波変調の位相は光学的搬送波の位相を変えることによ
って変更されることはできず（ＳＳＢが使用されるよう
な場合）、それ故もつと適切な手段が使用されなければ
ならない。
この発明は、簡単でニレガントな方法でこの位相制御に
対する要求を満足させるような手段を提供するものであ
る。
対する要求を満足させるような手段を提供するものであ
る。
し問題点解決のための手段］
この発明によれば、本体の平坦な表面に平行に隣接する
単一モード光案内チャンネルが形成されている強複屈折
性電気光学的材料の単結晶本体を具備し、前記チャンネ
ルの方向は結晶軸に対して予め定められた方向であり、
前記本体は前記チャンネルの一端に近接して前記平坦な
表面上に電極パターンを具備しており、それによってＴ
Ｅ、ＴＭモード間のモード変換が前記電極パターンに直
流制ｍ電圧を印加するとき前記チャンネルに入力する単
色光に対して行われ、光の伝播方向における電極パター
ンに連続するチャンネルの長さは、ＴＥ、ＴＭモード間
の予め定められた位相遅延が入力光に関してチャンネル
の他端から出力される光に対して与えられる如く定めら
れている集積された光学的高周波位相シフト装置が提供
される。
単一モード光案内チャンネルが形成されている強複屈折
性電気光学的材料の単結晶本体を具備し、前記チャンネ
ルの方向は結晶軸に対して予め定められた方向であり、
前記本体は前記チャンネルの一端に近接して前記平坦な
表面上に電極パターンを具備しており、それによってＴ
Ｅ、ＴＭモード間のモード変換が前記電極パターンに直
流制ｍ電圧を印加するとき前記チャンネルに入力する単
色光に対して行われ、光の伝播方向における電極パター
ンに連続するチャンネルの長さは、ＴＥ、ＴＭモード間
の予め定められた位相遅延が入力光に関してチャンネル
の他端から出力される光に対して与えられる如く定めら
れている集積された光学的高周波位相シフト装置が提供
される。
［実施例］
第１図に示された集積された光学的高周波位相シフト装
置は平坦な表面２に隣接した区域に集積された単一モー
ド光導波体チャンネル３を有する強襖屈折性電気光学的
材料、例えばニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯｇ）の本体
１を具備している。
置は平坦な表面２に隣接した区域に集積された単一モー
ド光導波体チャンネル３を有する強襖屈折性電気光学的
材料、例えばニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯｇ）の本体
１を具備している。
先導波体チャンネル３は本体１の平坦な表面領域にチタ
ニウムを本体内部へ拡散させることによって製造されて
いる。電気光学的なＴＥモードと１Ｍモードとの間のモ
ード変換を行なうことのできる電極パターン４が光導波
体チャンネル３の一端付近の光導波体チャンネル３上の
平坦面に形成されている。
ニウムを本体内部へ拡散させることによって製造されて
いる。電気光学的なＴＥモードと１Ｍモードとの間のモ
ード変換を行なうことのできる電極パターン４が光導波
体チャンネル３の一端付近の光導波体チャンネル３上の
平坦面に形成されている。
本体１の端面ば一端における光導波体チャンネル３と変
調されたレーザ光源５との間の光ファイバによる接続お
よび他端におけるの光導波体チャンネル３と光検出装置
６との間の光ファイバによる接続ができるように処理さ
れている。レーザ光源５からの周波数ｆでＡＭ変調され
た単色光は先導波体チャンネル３に入力する。ＴＥモー
ドと１Ｍモードとの間のモード変換を行なうモード変換
装置が使用されて光をＴＥ偏光中のパワーとＴＭ偏光中
のパワーとの比がＲであるようにＴＥモードから１Ｍモ
ードへ、或いはその反対に変換する。
調されたレーザ光源５との間の光ファイバによる接続お
よび他端におけるの光導波体チャンネル３と光検出装置
６との間の光ファイバによる接続ができるように処理さ
れている。レーザ光源５からの周波数ｆでＡＭ変調され
た単色光は先導波体チャンネル３に入力する。ＴＥモー
ドと１Ｍモードとの間のモード変換を行なうモード変換
装置が使用されて光をＴＥ偏光中のパワーとＴＭ偏光中
のパワーとの比がＲであるようにＴＥモードから１Ｍモ
ードへ、或いはその反対に変換する。
もしも先導波体中の伝播がＸまたは２カツトＬｉＮｂ０
ａ上でＹ方向であるか、或いはＹまたは２カツトＬｉＮ
ｂＯ３上でＸ方向であるならば、２つの（ＴＥおよびＴ
Ｍ）直角偏光された波は結合せずに強複屈折性ニオブ酸
リチウム （ＬｉＮｂＯ３）結晶の複層率（ｎｏおよびｎＥ）によ
って決定された別々の位相速度（ＶｏおよびＶＥ）で伝
播する。もしも結晶の長さがＬであれば、光導波休出力
においてＴＥおよび１Ｍモードについてはもとの一致点
との間の相対的時間遅延（τ）は次の式で与えられる。
ａ上でＹ方向であるか、或いはＹまたは２カツトＬｉＮ
ｂＯ３上でＸ方向であるならば、２つの（ＴＥおよびＴ
Ｍ）直角偏光された波は結合せずに強複屈折性ニオブ酸
リチウム （ＬｉＮｂＯ３）結晶の複層率（ｎｏおよびｎＥ）によ
って決定された別々の位相速度（ＶｏおよびＶＥ）で伝
播する。もしも結晶の長さがＬであれば、光導波休出力
においてＴＥおよび１Ｍモードについてはもとの一致点
との間の相対的時間遅延（τ）は次の式で与えられる。
ｒ−Ｌ−ΔＶ／Ｖａ ＶＥ
ここで、ΔＶ＝ （Ｖａ −ＶＥ ）
所定の変調周波数ｆに対して、この時間遅延τは２πｆ
τラジアンの位相遅延に等価である。もしも今２つの直
角方向のモードが同時に光検出装置６で検出されるなら
ば変調成分はベクトル的に結合される。すなわち、もし
も例えば２πｆτがπ／２に等しくされるならば、すな
わち２個の変調成分が直角であるならば、検出された変
調の位相は第５図に示されたように単純にｊａｎ’（Ｒ
）である。もしも２πｆτがπ／２より大きければ、ベ
クトル関係は第６図に示されたようになるであろう。そ
れ故ｆの位相のｉ制御はＲの制御に減少し、このＲＧ、
ｔＴＥ、７Ｍモード変換装置上の直流制御電圧によって
決定される。
τラジアンの位相遅延に等価である。もしも今２つの直
角方向のモードが同時に光検出装置６で検出されるなら
ば変調成分はベクトル的に結合される。すなわち、もし
も例えば２πｆτがπ／２に等しくされるならば、すな
わち２個の変調成分が直角であるならば、検出された変
調の位相は第５図に示されたように単純にｊａｎ’（Ｒ
）である。もしも２πｆτがπ／２より大きければ、ベ
クトル関係は第６図に示されたようになるであろう。そ
れ故ｆの位相のｉ制御はＲの制御に減少し、このＲＧ、
ｔＴＥ、７Ｍモード変換装置上の直流制御電圧によって
決定される。
この装置の主な利点は、その光学的挿入損失が低いこと
（これはその簡単な直線構造による）、光パワーの効率
的な使用、および単一のウェハー上に多数の同一装置を
同時に集積して製作できることである。また装置の製作
にあたって他の方法のように正確な長さの差を有する２
つの経路の使用を必要としない。したがって、非常に正
確に光ファイバを切断したり研磨したりする必要がなく
、変調周波数として特に有利なフ？クターはミリ波の波
長領域で増加する。
（これはその簡単な直線構造による）、光パワーの効率
的な使用、および単一のウェハー上に多数の同一装置を
同時に集積して製作できることである。また装置の製作
にあたって他の方法のように正確な長さの差を有する２
つの経路の使用を必要としない。したがって、非常に正
確に光ファイバを切断したり研磨したりする必要がなく
、変調周波数として特に有利なフ？クターはミリ波の波
長領域で増加する。
動作および０．８５μｍの波長について考“えると、６
０１１１１＋７）光導波体長はｆ−１５ＧＨ２において
Ｏｏから９０”の位相制御を可能にする。もつと短い光
導波体長は５０ＧＨ２以上の周波数における動作を可能
にする。（ａ）もつと大きな基体または（ｂ）適当な長
さの強複屈折性（偏光の維持できる）光ファイバを使用
することによって１５ＧＨ２より低いマイクロ波領域に
拡張することも可能である。装置を遠隔の光検出装置に
連結する（フェイズドアレイレーダの場合等のように）
ために、長さの長い通常の単一モード光ファイバが使用
できる。これは一般に非常に複屈折率が低く、典型的な
ものでは１００ｍの光ファイバに対して１５Ｇ）−１ｚ
で０．５゛以上を追加することはない。
０１１１１＋７）光導波体長はｆ−１５ＧＨ２において
Ｏｏから９０”の位相制御を可能にする。もつと短い光
導波体長は５０ＧＨ２以上の周波数における動作を可能
にする。（ａ）もつと大きな基体または（ｂ）適当な長
さの強複屈折性（偏光の維持できる）光ファイバを使用
することによって１５ＧＨ２より低いマイクロ波領域に
拡張することも可能である。装置を遠隔の光検出装置に
連結する（フェイズドアレイレーダの場合等のように）
ために、長さの長い通常の単一モード光ファイバが使用
できる。これは一般に非常に複屈折率が低く、典型的な
ものでは１００ｍの光ファイバに対して１５Ｇ）−１ｚ
で０．５゛以上を追加することはない。
与えられた、しかし予め定められていない偏光の入力光
波の一般的な場合のために、第４図のようなＩ−０位相
シフト装置７が偏光制御の範囲を１００％完全に利用す
ることを確実にするために丁Ｅおよび７Ｍモード変換装
置に先行して設けられる。
波の一般的な場合のために、第４図のようなＩ−０位相
シフト装置７が偏光制御の範囲を１００％完全に利用す
ることを確実にするために丁Ｅおよび７Ｍモード変換装
置に先行して設けられる。
ＴＥおよび７Ｍモード変換装置が特定の半導体レーザ源
と整合できるようにするために、第３図（ａ）および（
ｂ）に示すような同調可能なモード変換装置が使用でき
る。先導波体チャンネル３は部分的にアース電極１０で
覆われ、その一方の側には同調電橋１１が平行に配置さ
れ、反対側には変換装置′Ｒ極１２が配置されている。
と整合できるようにするために、第３図（ａ）および（
ｂ）に示すような同調可能なモード変換装置が使用でき
る。先導波体チャンネル３は部分的にアース電極１０で
覆われ、その一方の側には同調電橋１１が平行に配置さ
れ、反対側には変換装置′Ｒ極１２が配置されている。
支配的な電界は直流電圧ｖ１によって−１１１１１され
るモード変換装置電界Ｅｘである。第２の電界Ｅｚは同
１Ｊ１１！界である。同調は特定のレーザ源に８Ｗ１を
正確に整合させる必要をなくすために要求される２次的
効果に過ぎないことに注意する必要がある。例えば、装
置は交渉８２０ｎｍに整合するように設計されることが
でき、一方装置に結合されるレーザ源は８２１ｎｍの波
長であってもよい。
るモード変換装置電界Ｅｘである。第２の電界Ｅｚは同
１Ｊ１１！界である。同調は特定のレーザ源に８Ｗ１を
正確に整合させる必要をなくすために要求される２次的
効果に過ぎないことに注意する必要がある。例えば、装
置は交渉８２０ｎｍに整合するように設計されることが
でき、一方装置に結合されるレーザ源は８２１ｎｍの波
長であってもよい。
第１図はこの発明の装置の基本的な形態の実施例を示し
、第２図は偏光変換装置を示し、第３図（ａ）および（
ｂ）は同調可能な偏光度換装・°置を示し、第４図は光
学的位相シフトｔｉ［を示し、第５図および第６図は検
出されたおよび合成されたマイクロ波ベクトルの異なっ
た例についてのベクトル図である。 １・・・本体、２・・・本体の平坦面、３・・・光導波
体チャンネル、４・・・電極パターン、５・・・レーザ
光源、６・・・光検出装置。 出願人代理人 弁理士 鈴江武彦 −【１ く Ｃ Ｉ Φ
、第２図は偏光変換装置を示し、第３図（ａ）および（
ｂ）は同調可能な偏光度換装・°置を示し、第４図は光
学的位相シフトｔｉ［を示し、第５図および第６図は検
出されたおよび合成されたマイクロ波ベクトルの異なっ
た例についてのベクトル図である。 １・・・本体、２・・・本体の平坦面、３・・・光導波
体チャンネル、４・・・電極パターン、５・・・レーザ
光源、６・・・光検出装置。 出願人代理人 弁理士 鈴江武彦 −【１ く Ｃ Ｉ Φ
Claims (5)
- （１）本体の平坦な表面に平行に隣接する単一モード光
案内チャンネルが形成されている強複屈折性電気光学的
材料の単結晶本体を具備し、前記チャンネルの方向は結
晶軸に対して予め定められた方向であり、前記本体は前
記チャンネルの一端に近接して前記平坦な表面上に電極
パターンを具備しており、それによつてＴＥ、ＴＭモー
ド間の変換が前記電極パターンに直流制御電圧を印加す
るとき前記チャンネルに入力する単色光に対して行われ
、光の伝播方向における電極パターンに連続するチャン
ネルの長さは、ＴＥおよびＴＭモード間の予め定められ
た位相遅延が入力光に関してチャンネルの他端から出力
される光に対して与えられる如く定められていることを
特徴とする集積された光学的ＨＦ位相シフト装置。 - （２）前記平坦な表面上に電極パターンを具備し、それ
によつて光がＴＥ、ＴＭモード間のモード変換を受ける
前にチャンネル中を伝播する光に対して光学的位相シフ
トが与えられる特許請求の範囲第１項記載の集積された
光学的ＨＦ位相シフト装置。 - （３）複屈折性光導波体が光ファイバで構成されている
特許請求の範囲第１項または第２項記載の集積された光
学的ＨＦ位相シフト装置。 - （４）前記ＴＥ、ＴＭモード間のモード変換電極パター
ンが同調電極を具備し、それによつて変換装置が所望の
光波長に同調できるように構成されている特許請求の範
囲第１項乃至第３項のいずれか１項記載の集積された光
学的ＨＦ位相シフト装置。 - （５）ある長さの単一モード光ファイバによつて光案内
チャンネルに結合されている光検出装置を具備している
特許請求の範囲第１項乃至第４項のいずれか１項記載の
集積された光学的ＨＦ位相シフト装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| GB08504721A GB2171532B (en) | 1985-02-23 | 1985-02-23 | Integrated optics r f phase shifter |
| GB8504721 | 1985-02-23 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61258223A true JPS61258223A (ja) | 1986-11-15 |
Family
ID=10574990
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61035372A Pending JPS61258223A (ja) | 1985-02-23 | 1986-02-21 | 集積された光学的高周波位相シフト装置 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61258223A (ja) |
| DE (1) | DE3604571A1 (ja) |
| GB (1) | GB2171532B (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB8723873D0 (en) * | 1987-10-10 | 1987-11-11 | Gen Electric | Electro-optic converter |
| DE4038791A1 (de) * | 1990-01-27 | 1991-08-08 | Fraunhofer Ges Forschung | Integriert-optischer sensor |
| DE4319388C1 (de) * | 1993-06-11 | 1994-10-06 | Fraunhofer Ges Forschung | Integriert-optischer Sensor zum Messen der Konzentration von in einer Lösung gelösten optisch aktiven Substanzen |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57124316A (en) * | 1980-12-15 | 1982-08-03 | Western Electric Co | Polaroid converter |
-
1985
- 1985-02-23 GB GB08504721A patent/GB2171532B/en not_active Expired
-
1986
- 1986-02-14 DE DE19863604571 patent/DE3604571A1/de not_active Withdrawn
- 1986-02-21 JP JP61035372A patent/JPS61258223A/ja active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57124316A (en) * | 1980-12-15 | 1982-08-03 | Western Electric Co | Polaroid converter |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| GB2171532A (en) | 1986-08-28 |
| GB2171532B (en) | 1988-06-08 |
| DE3604571A1 (de) | 1986-09-11 |
| GB8504721D0 (en) | 1985-03-27 |
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