(57)【要約】  位相シフト補償量を決定するための複雑な校正処理を要することなく比較的小さな位相シフトによりビームステアリング又はビームスキャニングの機能を提供し得る光フェーズドアレイ（ＯＰＡ）を実現する。この光フェーズドアレイは、基板上に形成された光導波路により構成され、入力光が伝搬するバス導波路と、バス導波路上に配された、当該バス導波路を伝搬する光の一部をそれぞれ抽出する複数の光カプラと、複数の光カプラが抽出した光をそれぞれ伝搬する複数の導波ラインと、バス導波路に設けられた位相シフタと、を備える。複数の導波ラインは互いに等しい光路長を持ち、位相シフタはバス導波路のうち隣接する光カプラが挟むそれぞれの区間に設けられている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の上に形成された光導波路により構成される光フェーズドアレイであって、
入力光が伝搬するバス導波路と、
前記バス導波路の上に配された、当該バス導波路を伝搬する光の一部をそれぞれ抽出する複数の光カプラと、
前記複数の光カプラが抽出した光をそれぞれ伝搬する複数の導波ラインと、
前記バス導波路に設けられた位相シフタと、
を備え、
前記複数の導波ラインは互いに等しい光路長を持ち、
前記位相シフタは、前記バス導波路のうち隣接する前記光カプラが挟むそれぞれの区間に設けられている、
光フェーズドアレイ。
【請求項２】
前記複数の光カプラにそれぞれ接続された前記複数の導波ラインのそれぞれの光の出射端は、前記基板の第１の方向に平行なラインに沿って、所定の間隔で配されており、
前記複数の光カプラは、前記第１の方向に直交する第２の方向に沿って第１の所定距離をもって互いに離間し、且つ前記第１の方向に沿って前記所定の間隔と前記第１の所定距離とを加算した距離である第２の所定距離をもって互いに離間するよう配されており、
前記複数の導波ラインは、それぞれ、前記複数の光カプラの一つにその一端が接続された前記第１の方向に延在する直線導波路と、当該直線導波路に接続され、当該導波ラインの出力端に向かって光の伝搬方向を９０°変換する曲がり導波路と、により構成され、
前記バス導波路は、その一部が前記光カプラの一部を構成する複数の蛇行導波路が縦続接続されて構成されている、
請求項１に記載の光フェーズドアレイ。
【請求項３】
前記光カプラは、エバネセントカプラで構成されており、
前記バス導波路を構成する前記蛇行導波路のそれぞれは、直線導波路と曲がり導波路とを有し、
前記蛇行導波路の前記曲がり導波路の一部が前記エバネセントカプラの一部を構成する、
請求項２に記載の光フェーズドアレイ。
【請求項４】
前記蛇行導波路は、光の伝搬方向を１８０°変換する一つの第１の曲がり導波路と、光の伝搬方向を９０°変換する２つの第２の曲がり導波路と、前記第１の曲がり導波路を前記２つの第２の曲がり導波路にそれぞれ接続する２つの直線導波路で構成されており、
前記２つの第２の曲がり導波路のそれぞれの一部が、隣接する前記エバネセントカプラの一部を構成している、
請求項３に記載の光フェーズドアレイ。
【請求項５】
前記位相シフタは、前記第１の曲がり導波路を前記２つの第２の曲がり導波路に接続する２つの前記直線導波路の一方又は双方に設けられている、
請求項４に記載の光フェーズドアレイ。
【請求項６】
前記位相シフタは、それぞれ、前記バス導波路の一部に設けられたヒータにより構成され、
前記ヒータは、同じ電流を通電したときに互いに同じ温度となるように、長さ、幅、及び厚さを含むサイズ、並びに形状が、互いに同じとなるように構成されている、
請求項１ないし５のいずれか一項に記載の光フェーズドアレイ。
【請求項７】
前記バス導波路に沿った隣接する前記光カプラの間のそれぞれの区間は、全て同じ長さで構成され、隣接する前記光カプラから抽出される光の互いの位相差がすべて同じ所定の値となるように構成されている、
請求項１ないし６のいずれか一項に記載の光フェーズドアレイ。
【請求項８】
前記所定の値は、πの奇数倍又は２πの整数倍である、
請求項７に記載の光フェーズドアレイ。
【請求項９】
前記導波ラインのそれぞれには、その幅方向又は深さ方向のサイズが変化する摂動導波路で構成されたグレーティングベースのアンテナエレメントが接続されており、前記摂動導波路のそれぞれにより前記基板の表面から光が出力されるよう構成されている、
請求項１ないし８のいずれか一項に記載の光フェーズドアレイ。
【請求項１０】
前記基板の材料は、Ｓｉ3Ｎ4、Ｓｉ、ＳｉＯＮ、ＬｉＮｂＯ3、ＬｉＴａＯ3、及びＳｉＣのいずれかである、
請求項１ないし９のいずれか一項に記載の光フェーズドアレイ。
【請求項１１】
請求項１ないし１０のいずれか一項に記載の光フェーズドアレイを用いたＬｉＤＡＲセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ビームの出射方向を制御してビームステアリング又はビームスキャンニングの機能を提供する光フェーズドアレイ、及びこれを用いたＬｉＤＡＲ（Ｌｉｇｈｔ  Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｒａｎｇｉｎｇ）センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬｉＤＡＲセンサは、リモートセンシング及び測距の用途に用いられ、例えば、自動運転システム等においてリアルタイムの三次元マッピング及び物体の検出、追跡、特定等を行うのに用いられる。【０００３】
ＬｉＤＡＲセンサは、レーザビームを観察空間内でスキャンして当該空間内の物体に照射し、当該照射したビームが物体へ到達し反射して当該ＬｉＤＡＲセンサ内の受信器まで戻ってくるまでの飛行時間（ＴＯＦ、Ｔｉｍｅ  ｏｆ  Ｆｌｉｇｈｔ）を測定することにより、当該物体の位置と距離を測定する。【０００４】
このようなＬｉＤＡＲセンサとして、機械式の回転部品を用いてレーザビームのスキャンニングを行うものが知られているが、先進運転者支援システム（ＡＤＡＳ）や自律運転システムのような一部のシステムでは、様々な利点を持ち得るソリッドステート型のビームスキャナを用いることが望ましい。そのような利点には、センサ信頼度がより高いこと、センサ寿命がより長いこと、センササイズがより小さいこと、センサ重量がより軽いこと、及びセンサコストがより手頃であることが含まれるが、これらに限定されない。【０００５】
そのようなソリッドステート型のビームスキャナの一つとして光フェーズドアレイ（ＯＰＡ、Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｐｈａｓｅｄ  Ａｒｒａｙ）がある。ＬｉＤＡＲセンサは、光フェーズドアレイを適用することで、機械式ビームスキャンニングを用いる従来のＬｉＤＡＲに比べてより高速でより適応性のあるものとなり、より有用なものとなる。【０００６】
従来、光フェーズドアレイに関連性のある技術として、高周波フェーズドアレイアンテナ用の高周波位相シフタにおいて、複数の受光器を備えるジグザグ型光導波路を用いることが知られている（特許文献１）。この高周波位相シフタは、高周波信号により変調された光を上記ジグザグ型光導波路に伝搬させ、光導波路に沿って異なる位置に配された複数の受光器により各位置の光を受信し検波して、それぞれ異なる位相シフトが与えられた複数の高周波信号を抽出する。そして、抽出した複数の高周波信号のうちから所望の位相シフトが与えられた高周波信号を選択的に出力させる。しかしながら、この高周波位相シフタは、単に高周波信号に遅延時間を与える手段として光導波路を用いるものであって、光自体に位相シフトを与えるものではない。したがって、この技術を光フェーズドアレイに用いることはできない。【０００７】
他の関連性のある従来技術として、光位相シフタ等を構成する光導波路を含んだ、モノリシック集積半導体構造の光信号処理装置が知られている（特許文献２、特許文献３）。この光信号処理装置では、多段に接続された２分岐導波路により、入力光が複数の光に分岐される。そして、分岐光のそれぞれを出力する出力導波路に設けられた位相シフタにより、それぞれの分岐光に個別の位相シフトが与えられる。しかしながら、この光信号処理装置は、光フェーズドアレイを構成していない。すなわち、この装置は、単に光を分岐して個々に位相を制御するものであり、回折光を出力させるためのアンテナエレメントアレイ（回折光の主極大ビームが生成されるように位相制御された光を所定の間隔で出力する光出力エレメントのアレイ）を備えていないので、これをそのままＬｉＤＡＲに適用することはできない。【０００８】
また、上記光信号処理装置の構成を光フェーズドアレイに転用しようとする場合には、一列に並んだ出力導波路から出力される光の位相を、端から順に、次式で示すように線形に増加させる必要がある。【０００９】
【数１】
2019207638.tif 000003
【００１０】
ここで、ｍは、上記一列に並んだ出力導波路を光フェーズドアレイにおける一列に並んだアンテナエレメントとみなした場合の、当該一列に並んだアンテナエレメントに対し端から順に付される番号である。また、Ｐはアンテナエレメントの配列間隔、λは出力される光の波長、θはアンテナエレメントの光出射端が構成する平面の法線に対する回折光の主極大ビームの方向角である。式（１）より明らかなように、各チャネル（すなわち、各アンテナエレメントと当該アンテナエレメントにつながる光伝送路のそれぞれ）に設けられた位相シフタは、異なる位相シフトを提供し得るものであって、且つ位相シフトの累積値が２πを超え得るものでなければならない。【００１１】
しかしながら、上記光信号処理装置では、それぞれの出力導波路から出力される光の位相は、それぞれの出力導波路に設けられた位相シフタによってのみ決定され、且つ、それぞれの出力導波路の位相シフタは互いに独立に制御されるので、２πを超える累積位相シフトの値を正しく発見するための処理が複雑となる。このため、上記構成を光フェーズドアレイとして機能させるための制御動作はかなり複雑なものとなる。【００１２】
本発明に最も関連性のある従来技術として、光集積回路（ＰＩＣ、ｐｈｏｔｏｎｉｃ  ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  ｃｉｒｃｕｉｔ）をベースとするデバイスとして構成されたＬｉＤＡＲが知られている（非特許文献１）。このデバイスは、バス導波路と、縦続接続（カスケード接続）された熱位相シフタ（ｔｈｅｒｍａｌ  ｐｈａｓｅ  ｓｈｉｆｔｅｒｓ）と、縦続接続されたエバネセントカプラ（ｅｖａｎｅｓｃｅｎｔ  ｃｏｕｐｌｅｒｓ）とを有し、これらがグレーティングベースのアンテナエレメントに接続されている。このデバイスでは、バス導波路の位相増分を制御することによりビームステアリングの機能が提供される。【００１３】
しかしながら、このデバイスは、次のような欠点を有する。すなわち、エバネセントカプラとグレーティングベースのアンテナエレメントとの間に挿入された導波路の距離が互いに等しくなっていない。すなわち、各導波路の全光路長（全ＯＰＬ（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｐａｔｈ  Ｌｅｎｇｔｈ））が等しくなっていない。このため、位相シフタのアイドル動作時（非通電時）において、それぞれ隣接するアンテナエレメント間の出力光の位相関係が一定とならない。【００１４】
このようなＯＰＬにおける差（ＯＰＬ差、光路差）により、好ましくない位相シフトをもったチャネルが生じ得る。一般に、アンテナエレメントから出力される位相シフトが式（１）に示す線形則に従わない場合には、アンテナエレメントアレイから出力される回折光の主極大ビーム（メインビーム、又はメインローブ）のビーム幅は広がり、その結果、角度解像度が悪化する。【００１５】
また、バス導波路における位相シフトが屈折率に依存した線形性を保って式（１）に示されているように線形な位相傾斜を維持している場合でも、メインビームは或るビーム角でシフトした状態となるので、全てのビームシフタに付加的な位相シフトを与えて当該ビーム角を補償すべく、校正処理が必要となる。【００１６】
校正処理では、これらの付加的な位相シフトの大きさを特定し、当該付加的な位相シフトを補償すべく位相シフタのヒータ制御電圧に初期バイアス電圧を含ませる必要がある。このため、光フェーズドアレイの動作及び制御がより複雑となる。【００１７】
光フェーズドアレイが広い周波数帯域で（すなわち、広い波長帯域で）動作する場合には、更なる問題が発生する。この場合には、屈折率の波長依存性に起因して、波長が異なると位相シフトが異なるものとなるので、校正処理はかなり複雑になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１８】
【特許文献１】米国特許第５，２２２，１６２号明細書
【特許文献２】米国特許第５，７７０，４７２号明細書
【特許文献３】米国特許第５，９３０，０３１号明細書
【非特許文献】
【００１９】
【非特許文献１】Ｃｈｒｉｓｔｏｐｈｅｒ  Ｖ．  Ｐｏｕｌｔｏｎ，  Ａｍｉ  Ｙａａｃｏｂｉ，  Ｄａｖｉｄ  Ｂ．  Ｃｏｌｅ，  Ｍａｔｔｈｅｗ  Ｊ．  Ｂｙｒｄ，  Ｍａｎａｎ  Ｒａｖａｌ，  Ｄｉｅｄｒｉｋ  Ｖｅｒｍｅｕｌｅｎ，  Ｍｉｃｈａｅｌ  Ｒ．  Ｗａｔｔｓ，  Ｃｏｈｅｒｅｎｔ  ｓｏｌｉｄ−ｓｔａｔｅ  ＬＩＤＡＲ  ｗｉｔｈ  ｓｉｌｉｃｏｎ  ｐｈｏｔｏｎｉｃ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｐｈａｓｅｄ  ａｒｒａｙｓ，  Ｏｐｔｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，  Ｖｏｌ．  ４２，  Ｎｏ．  ２０  ／  Ｏｃｔｏｂｅｒ  １５，  ２０１７．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
本発明の目的は、位相シフト補償量を決定するための複雑な校正処理を要することなく比較的小さな位相シフトによりビームステアリング又はビームスキャニングの機能を提供し得る光フェーズドアレイ（ＯＰＡ）を実現することである。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明の一の態様は、基板上に形成された光導波路により構成される光フェーズドアレイであって、入力光が伝搬するバス導波路と、前記バス導波路上に配された、当該バス導波路を伝搬する光の一部をそれぞれ抽出する複数の光カプラと、前記複数の光カプラが抽出した光をそれぞれ伝搬する複数の導波ラインと、前記バス導波路に設けられた位相シフタと、を備え、前記複数の導波ラインは互いに等しい光路長を持ち、前記位相シフタは、前記バス導波路のうち隣接する前記光カプラが挟むそれぞれの区間に設けられている。
本発明の他の態様によると、前記複数の光カプラにそれぞれ接続された前記複数の導波ラインのそれぞれの光の出射端は、前記基板の第１の方向に平行なラインに沿って、所定の間隔で配されており、前記複数の光カプラは、前記第１の方向に直交する第２の方向に沿って第１の所定距離をもって互いに離間し、且つ前記第１の方向に沿って前記所定の間隔と前記第１の所定距離とを加算した距離である第２の所定距離をもって互いに離間するよう配されており、前記複数の導波ラインは、それぞれ、前記複数の光カプラの一つにその一端が接続された前記第１の方向に延在する直線導波路と、当該直線導波路に接続され、当該導波ラインの出力端に向かって光の伝搬方向を９０°変換する曲がり導波路と、により構成され、前記バス導波路は、その一部が前記光カプラの一部を構成する複数の蛇行導波路が縦続接続されて構成されている。
本発明の他の態様によると、前記光カプラは、エバネセントカプラで構成されており、前記バス導波路を構成する前記蛇行導波路のそれぞれは、直線導波路と曲がり導波路とを有し、前記蛇行導波路の前記曲がり導波路の一部が前記エバネセントカプラの一部を構成する。
本発明の他の態様によると、前記蛇行導波路は、光の伝搬方向を１８０°変換する一つの第１の曲がり導波路と、光の伝搬方向を９０°変換する２つの第２の曲がり導波路と、前記第１の曲がり導波路を前記２つの第２の曲がり導波路にそれぞれ接続する２つの直線導波路で構成されており、前記２つの第２の曲がり導波路のそれぞれの一部が、隣接する前記エバネセントカプラの一部を構成している。
本発明の他の態様によると、前記位相シフタは、前記第１の曲がり導波路を前記２つの第２の曲がり導波路に接続する２つの前記直線導波路の一方又は双方に設けられている。
本発明の他の態様によると、前記位相シフタは、それぞれ、前記バス導波路の一部に設けられたヒータにより構成され、前記ヒータは、同じ電流を通電したときに互いに同じ温度となるように、長さ、幅、及び厚さを含むサイズ、並びに形状が、互いに同じとなるように構成されている。
本発明の他の態様によると、前記バス導波路に沿った隣接する前記光カプラの間のそれぞれの区間は、全て同じ長さで構成され、隣接する前記光カプラから抽出される光の互いの位相差がすべて所定の値となるように構成されている。
本発明の他の態様によると、前記所定の値は、πの奇数倍又は２πの整数倍である。
本発明の他の態様によると、前記導波ラインのそれぞれには、その幅方向又は深さ方向のサイズが変化する摂動導波路で構成されたグレーティングベースのアンテナエレメントが接続されており、前記摂動導波路のそれぞれにより前記基板の表面から光が出力されるよう構成されている。
本発明の他の態様によると、前記基板の材料は、Ｓｉ3Ｎ4、Ｓｉ、ＳｉＯＮ、ＬｉＮｂＯ3、ＬｉＴａＯ3、及びＳｉＣのいずれかである。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、位相シフト補償量を決定するための複雑な校正処理を必要とすることなく比較的小さな位相シフトによりビームステアリング（スキャニング）機能を提供することのできる光フェーズドアレイ（ＯＰＡ）を実現することができる。
本発明によれば、位相シフト補償量を決定するための複雑な校正処理を必要とすることなく、また複数のヒータをそれぞれ個別に制御することなく、二つの電極パッドで繋がった各ヒータのすべてが等しい温度になり、累積位相シフト差を線形に変化させる方法によりビームステアリング（スキャニング）機能を提供することのできる光フェーズドアレイ（ＯＰＡ）を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る光フェーズドアレイを用いたＬｉＤＡＲセンサの構成を示す図である。
【図２】図２は、本発明の一実施形態に係る光フェーズドアレイの構成を示す図である。
【図３】図３は、図２に示す光フェーズドアレイのバス導波路を構成する一の蛇行導波路の構成を示す図である。
【図４Ａ】図４Ａは、図２に示す光フェーズドアレイにおいて、位相シフタが非動作状態のときに出射される光の遠視野像の一例（位相差がπの奇数倍の場合）を示す図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、図２に示す光フェーズドアレイにおいて、位相シフタにより位相シフトが与えられた場合に出射される光の遠視野像の他の一例（位相差が２πの整数倍の場合）を示す図である。
【図５Ａ】図５Ａは、図２に示す光フェーズドアレイのアンテナエレメントとして用いることのできる摂動導波路の一例を示す図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、図２に示す光フェーズドアレイのアンテナエレメントとして用いることのできる摂動導波路の他の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。以下に示す実施形態は、本発明の光フェーズドアレイを用いたＬｉＤＡＲセンサである。ただし、ＬｉＤＡＲセンサは一例であって、本発明の光フェーズドアレイの適用分野はこれには限られない。例えば、監視装置等のセキュリティ用途、ドローン等の飛行ナビゲーション用途、及び、その他の三次元情報を必要とする任意の用途に、本発明の光フェーズドアレイを用いることができる。
【００２５】
図１は、本発明の一実施形態に係る光フェーズドアレイを用いるＬｉＤＡＲセンサの構成を示す図である。このＬｉＤＡＲセンサ１００は、光源１０２と、光フェーズドアレイ（ＯＰＡ）１０４と、受光センサ１０６と、処理装置１０８と、を備える。
【００２６】
光源１０２は、例えば半導体レーザを備え、処理装置１０８からの信号に基づいて、変調された変調光を出力する。この変調は、例えば半導体レーザへの通電電流を処理装置１０８からの信号により変調することにより行われる。これに代えて、光源１０２が更に光変調器を備えるものとし、処理装置１０８からの信号により当該光変調器を動作させて、半導体レーザからの光を当該光変調器により変調して出力するものとすることができる。光源１０２から出力されるこの変調光は、ＯＰＡ１０４の入力光となる。
【００２７】
ＯＰＡ１０４は、光源１０２からの入力光を複数の光に分岐すると共に、当該分岐された複数の光をアンテナエレメントアレイから出力する。これにより、ＯＰＡ１０４は、上記出力される光のそれぞれが回折して互いに干渉することにより生成される、回折光の主極大ビーム（メインビーム、又はメインローブ）を出力する。また、ＯＰＡ１０４は、上記分岐された複数の光のそれぞれに所定の位相シフトを与えて、上記主極大ビームの出力方向を偏向させて、当該主極大ビームのビームステアリング又はビームスキャンニングを行う。ＯＰＡ１０４の具体的構成については後述する。
【００２８】
受光センサ１０６は、例えば集光レンズとＣＣＤ等の受光素子アレイにより構成される。受光センサ１０６は、ＯＰＡ１０４が出力する主極大ビームが物体にあたって反射され又は散乱されて戻ってくる光（反射戻り光）を検出する。
【００２９】
処理装置１０８は、光源１０２に変調光を出力させる。上述したように、処理装置１０８は、例えば光源１０２に備える半導体レーザ又は光変調器に信号を与え、光源１０２から変調光を出力させる。また、処理装置１０８は、上記主極大ビームがＯＰＡ１０４から出力されて、物体により反射又は散乱された後、反射戻り光となって受光センサ１０６により受信されるまでの、上記ビームの飛行時間（Ｔｉｍｅ  Ｏｆ  Ｆｌｉｇｈｔ）を算出する。また、処理装置１０８は、受光センサ１０６に到来する上記反射戻り光の到来方向を特定する。これにより、処理装置１０８は、空間における上記物体の形状や位置等を示す空間マッピング情報を出力する。処理装置１０８は、例えばデジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ、Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）などのプロセッサやコンピュータにより構成されるものとすることができる。
【００３０】
図２は、ＯＰＡ１０４の構成を示す図である。ＯＰＡ１０４は、基板２００上に形成された光導波路を用いて、ソリッドステートタイプのＯＰＡとして構成されている。本実施形態では、基板２００は、酸化されたシリコン基板、あるいはＳｉＯ2を主成分とする石英ガラスであり、例えばＳｉＯ2の中に埋め込まれたＳｉ3Ｎ4により光導波路が形成されている。ただし、この構成は一例であって、基板２００は、Ｓｉ3Ｎ4、Ｓｉ、ＳｉＯＮ、ＬｉＮｂＯ3、ＬｉＴａＯ3、又はＳｉＣ等の材料を用いて構成されるものとすることができる。
【００３１】
ＯＰＡ１０４は、基板２００上に形成された光導波路として、光源１０２からの入力光が入力されるバス導波路２０２と、４つの導波ライン２０４ａ、２０４ｂ、２０４ｃ、２０４ｄ（それぞれ図示斜めハッチング部分と図示クロスハッチング部分とを含む導波路部分）と、回折光の主極大ビーム２３６を生成するアンテナエレメント２０６ａ、２０６ｂ、２０６ｃ、２０６ｄと、を備える。アンテナエレメント２０６ａ、２０６ｂ、２０６ｃ、２０６ｄは、所定の間隔ｐで配列されたアンテナエレメントアレイ２０８を構成している。アンテナエレメント２０６ａ、２０６ｂ、２０６ｃ、２０６ｄは、本実施形態では直線導波路で構成されている。
【００３２】
バス導波路２０２には、当該バス導波路２０２を伝搬する光の一部をそれぞれ抽出する複数の光カプラ２２０ａ、２２０ｂ、２２０ｃ、２２０ｄが設けられている。また、互いに隣接する光カプラ２２０ａと２２０ｂとの間、２２０ｂと２２０ｃとの間、２２０ｃと２２０ｄとの間には、それぞれに２つの位相シフタ２２２ａと２２４ａ、２２２ｂと２２４ｂ、及び２２２ｃと２２４ｃが設けられている。
【００３３】
光カプラ２２０ａ、２２０ｂ、２２０ｃ、２２０ｄは、本実施形態では、それぞれ、所定距離を隔てて近接する２つの光導波路間のエバネセント波を介した光の結合を利用するエバネセントカプラである。また、位相シフタ２２２ａ、２２２ｂ、２２２ｃ、及び２２４ａ、２２４ｂ、２２４ｃは、それぞれ、バス導波路２０２の一部に設けられたヒータ２２６ａ、２２６ｂ、２２６ｃ、及び２２８ａ、２２８ｂ、２２８ｃにより構成されている。
【００３４】
これにより、位相シフタ２２２ａ等は、バス導波路２０２を構成する材料が有する熱光学効果により、ヒータ２２６ａ等が与える温度変化により、当該ヒータ２２６ａ等の真下のバス導波路２０２の部分に屈折率変化を生じさせ、当該部分を通過する光の位相を変化させる。ここで、ヒータ２２６ａ、２２６ｂ、２２６ｃ、及び２２８ａ、２２８ｂ、２２８ｃは、本実施形態では、例えばバス導波路２０２上に形成された下地層であるチタン（Ｔｉ）の上に金（Ａｕ）の層を形成して構成される薄膜ヒータである。
【００３５】
光カプラ２２０ａ、２２０ｂ、２２０ｃ、２２０ｄにより抽出されたバス導波路２０２を伝搬する光の一部は、それぞれ、導波ライン２０４ａ、２０４ｂ、２０４ｃ、２０４ｄを伝搬する。導波ライン２０４ａ、２０４ｂ、２０４ｃ、２０４ｄのそれぞれの光出力端２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃ、２１０ｄは、基板２００の第１の方向であるＹ方向に平行なライン２３２に沿って、所定の間隔ｐで配列され、それぞれ、直線導波路であるアンテナエレメント２０６ａ、２０６ｂ、２０６ｃ、２０６ｄに接続されている。アンテナエレメント２０６ａ、２０６ｂ、２０６ｃ、２０６ｄは、互いに同じ光路長を持ち、それぞれの光出射端２１２ａ、２１２ｂ、２１２ｃ、２１２ｄが、Ｙ方向に平行な基板２００の図示下側のエッジ２３４に沿って、光出力端２１０ａ等と同じ所定の間隔ｐで配列されている。
【００３６】
これにより、アンテナエレメントアレイ２０８を構成するアンテナエレメント２０６ａ、２０６ｂ、２０６ｃ、２０６ｄから、互いの間に所定の位相差を持った光が出力され、当該出力された光が形成する回折光の主極大ビーム２３６が、当該位相差により定まる方向へ出力される。そして、位相シフタ２２２ａ等により上記位相差を変化させることで、主極大ビーム２３６の偏向角θを変化させて、ビームステアリング動作が行われる。ここで、偏向角θは、光出射端２１２ａ、２１２ｂ、２１２ｃ、２１２ｄを含む平面（本実施形態では、基板２００のエッジ２３４）の法線２３８に対して主極大ビーム２３６が成す角度として定義される。
【００３７】
特に、本実施形態のＯＰＡ１０４では、導波ライン２０４ａ、２０４ｂ、２０４ｃ、２０４ｄは互いに等しい光路長を持つ。また、上述したように、位相シフタ２２２ａ等は、バス導波路２０２のうち隣接する光カプラ２２０ａ等が挟むそれぞれの区間に設けられている。また、位相シフタ２２２ａ等、２２４ａ等が非動作状態（すなわち、ヒータ２２６ａ等、２２８ａ等が無通電状態）である場合に、バス導波路２０２に沿った隣接する光カプラ２２０ａ等の間のそれぞれの区間は、隣接する光カプラ２２０ａ等から抽出される光の互いの位相差がπの奇数倍（すなわち、互いに逆位相）となるように構成されている。
【００３８】
これにより、ＯＰＡ１０４では、導波ライン２０４ａ等が互いに同じ光路長を持つので、位相シフタ２２２ａ等が非動作状態である場合に隣接する光出力端２１０ａ等（従って、隣接する光出射端２１２ａ等）から出力される光の位相差は、バス導波路２０２に沿った光カプラ２２０ａ等の互いの位置関係により定まる位相差となる。すなわち、当該位置関係により定まる位相差に対して付加的に発生する位相シフトがないので、位相シフトのオフセットを補償する必要がなく、単純な制御によりＯＰＡ１０４を動作させることができる。
【００３９】
また、位相シフタ２２２ａ等を動作させた場合に光カプラ２２０ａ等から導波ライン２０４ａ等に向けて出力される光の位相シフト量は、バス導波路２０２に沿って光入力端２３０に最も近い光カプラ２２０ａ等から順に、複数の位相シフタ２２２ａ等により生ずる位相シフトが順次累積された位相シフト量となる。このため、ＯＰＡ１０４では、位相シフタ２２２ａ等のそれぞれにより比較的小さな位相シフトを与えるだけで、２πを超える累積位相シフトを線形的に精度よく生じさせて、アンテナエレメントアレイ２０８から出射する主極大ビーム２３６の広がり幅を増加させることなく、その出射方向を変化させることができる。
【００４０】
また、位相シフタ２２２ａ等を動作させて主極大ビーム２３６の偏向角θを変化させる場合、全ての互いに隣接する光カプラ２２０ａ等の間において、当該隣接する光カプラ２２０ａ等から抽出される光の互いの位相差の変化分が同じとなるようにすればよい。したがって、隣接する光カプラ２２０ａ等の間に設けられる位相シフタ２２２ａ等はそれぞれ、バス導波路２０２の光の伝搬方向に沿って上流にある直近の光カプラ２２０ａ等から抽出される光の位相に対し、それぞれ同じ量の位相シフトのみを与えるよう動作すればよい。
【００４１】
このため、位相シフタ２２２ａ等及び２２４ａ等をそれぞれ互いに同じデザインで構成すれば、位相シフタ２２２ａ等のそれぞれ及び２２４ａ等のそれぞれには、実質的に同じ大きさの電流を与えることで、それぞれ隣接する光カプラ２２０ａ等から抽出される光の間に同じ位相差を生じさせて、主極大ビーム２３６の偏向角θを変化させることができる。具体的には、位相シフタ２２２ａ等及び２２４ａ等を構成するヒータ２２６ａ等及び２２８ａ等を、それぞれ同じ電流を通電したときに互いに同じ温度となるように、それらの長さ、幅、及び厚さを含むサイズ、並びに形状が、互いに同じとなるように構成するものとすることができる。ヒータ２２６ａ等及び２２８ａ等の各ヒータの２つの端子は、例えば基板２００上に設けられた電極パッド（不図示）に接続され、当該電極パッドを介して基板２００の外部から通電される。これにより、すべての位相シフタ２２２ａ等、２２４ａ等に等しい位相シフトを生じさせて、ＯＰＡ１０４をより簡単に動作させることが可能となる。
【００４２】
なお、本実施形態において、隣接する光カプラ２２０ａ等から抽出される光の互いの位相差がπの奇数倍（すなわち、互いに逆位相）となるように構成するのは、ヒータ２２６ａ等により構成される位相シフタ２２２ａ等により実現し得る位相シフトが、基板２００における屈折率の温度依存性に起因して、ヒータ２２６等への電流絶対値の増加に対し増加または減少のいずれか一方向のみとなるためである。この場合、位相シフタ２２２ａ等への通電電流絶対値の増加に伴って主極大ビーム２３６は一方向にのみ移動するので、主極大ビーム２３６を動作角度範囲の端から端まで連続的に移動させるには、位相シフタ２２２ａ等が非動作状態のときには、主極大ビーム２３６が動作角度範囲の端に配されるようにする必要があるためである。
【００４３】
したがって、例えば、基板２００としてＬｉＮｂＯ3等の電気光学効果を有する基板を用い、位相シフタ２２２ａ等として基板２００への電界印加方向の反転により光の位相を増加及び減少させることのできる位相シフタを用いる場合には、隣接する光カプラ２２０ａ等の間のバス導波路２０２の区間は、隣接する光カプラ２２０ａ等から抽出される光が必ずしも逆位相となるように構成する必要はない。この場合には、位相シフタ２２２ａ等が非動作状態であるときに主極大ビーム２３６を動作角度範囲の中央に置くか又は所定の偏向角θの位置に置くかにより、隣接する光カプラ２２０ａ等の間のバス導波路２０２の区間を、隣接する光カプラ２２０ａ等から抽出される光の互いの位相差が２πの整数倍又は所定の値となるように構成するものとすることができる。
【００４４】
図２に戻り、ＯＰＡ１０４は、より具体的には以下のように構成されている。
上述したとおり、光カプラ２２０ａ等にそれぞれ接続された導波ライン２０４ａ等のそれぞれの光出力端２１０ａ等は、基板２００の第１の方向であるＹ方向に平行なライン２３２に沿って、所定の間隔ｐで配されている。また、光カプラ２２０ａ、２２０ｂ、２２０ｃ、２２０ｄは、第１の方向に直交する第２の方向であるＸ方向に沿って第１の所定距離ｄをもって互いに離間し、且つ、Ｙ方向に沿って上記所定の間隔ｐと上記第１の所定距離ｄとを加算した距離である第２の所定距離ｓ（＝ｄ＋ｐ）をもって互いに離間するように配されている。
【００４５】
また、導波ライン２０４ａ、２０４ｂ、２０４ｃ、２０４ｄは、それぞれ、光カプラ２２０ａ、２２０ｂ、２２０ｃ、２２０ｄにその一端が接続されてＹ方向に延在する直線導波路２０４ａ−１、２０４ｂ−１、２０４ｃ−１、２０４ｄ−１（それぞれ斜めハッチング部分）と、当該直線導波路のそれぞれに接続され、光出力端２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃ、２１０ｄに向かって光の伝搬方向を９０°変換する曲がり導波路２０４ａ−２、２０４ｂ−２、２０４ｃ−２、２０４ｄ−２（それぞれ図示クロスハッチング部分）と、により構成されている。ここで、曲がり導波路２０４ａ−２、２０４ｂ−２、２０４ｃ−２、２０４ｄ−２は、互いに同じ曲率ｒをもつ。
【００４６】
これにより、直線導波路２０４ａ−１の長さに対する直線導波路２０４ｂ−１、２０４ｃ−１、２０４ｄ−１の長さの差分は、光カプラ２２０ａ等のＹ方向の配列間隔ｓと、光出力端２１０ａ等の配列間隔ｐとにより定まり、それぞれ、−ｓ＋ｐ、−２ｓ＋２ｐ、−３ｓ＋３ｐとなる。上記のとおり、ｓ＝ｄ＋ｐであるので、上記差分は、それぞれ、−ｄ、−２ｄ、−３ｄとなる。
【００４７】
また、直線導波路２０４ａ−１、２０４ｂ−１、２０４ｃ−１、２０４ｄ−１に接続された曲がり導波路２０４ａ−２、２０４ｂ−２、２０４ｃ−２、２０４ｄ−２から、ライン２３２に配列されたそれぞれの光出力端２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃ、２１０ｄまでの長さは、光カプラ２２０ａ等のＸ方向の配列間隔ｄで定まり、それぞれ、０、ｄ、２ｄ、３ｄとなる。
【００４８】
したがって、上記直線導波路２０４ａ−１に対する直線導波路２０４ｂ−１、２０４ｃ−１、２０４ｄ−１の長さの差分−ｄ、−２ｄ、−３ｄは、曲がり導波路２０４ａ−２、２０４ｂ−２、２０４ｃ−２、２０４ｄ−２から光出力端２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃ、２１０ｄまでの長さの差により相殺され、導波ライン２０４ａ、２０４ｂ、２０４ｃ、２０４ｄは、互いに同じ長さ、従って同じ光路長を持つものとなる。
【００４９】
さらに、ＯＰＡ１０４のバス導波路２０２は、その一部が光カプラ２２０ａ等の一部を構成する複数の蛇行導波路が縦続接続されて構成されている。より具体的には、バス導波路２０２は、図２に示す点Ａ１と点Ａ２とを接続する蛇行導波路２０２−１と、点Ａ２と点Ａ３とを接続する蛇行導波路２０２−２と、点Ａ３と点Ａ４とを接続する蛇行導波路２０２−３と、が縦続接続されて構成されている。
【００５０】
蛇行導波路２０２−１、２０２−２、２０２−３は、いずれも同様の構成を有しているので、以下では、蛇行導波路２０２−１を例にとって、その構成の詳細を説明する。
【００５１】
図３は、蛇行導波路２０２−１の構成を示す部分詳細図である。蛇行導波路２０２−１は、２つの直線導波路３００、３０２（共に、図示斜線ハッチング部分）と、３つの曲がり導波路３１０、３１２、３１４とを有する。曲がり導波路３１０、３１２、３１４は、例えば同じ曲率半径ｒを持つ円弧状導波路である。曲がり導波路３１０は、光の伝搬方向を１８０°変換する第１の曲がり導波路であり、曲がり導波路３１２、３１４は、光の伝搬方向を９０°変換する２つの第２の曲がり導波路である。
【００５２】
なお、図３においては、図を簡略化して理解を容易にするため、位相シフタ２２２ａ、２２４ａ及びヒータ２２６ａ、２２８ａの図示を省略しているが、実際には、直線導波路３００、３０２には、それぞれ、位相シフタ２２２ａ及び２２４ａが設けられている。
【００５３】
そして、直線導波路３００、３０２は、曲がり導波路３１０を曲がり導波路３１２、３１４にそれぞれ接続している。したがって、点Ａ１及び点Ａ２にそれぞれつながる第２の曲がり導波路である曲がり導波路３１２、３１４の一部が、それぞれエバネセントカプラである隣接する光カプラ２２０ａ、２２０ｂの一部を構成している（図２）。
【００５４】
ここで、上述のとおり、隣接する光カプラ２２０ａ等は第１の方向であるＹ方向に沿って第２の所定距離ｓをもって互いに離間するように配されているので、点Ａ１−Ａ２間のＹ方向の距離はｓとなる。また、曲がり導波路３１２、３１４は同じ曲率半径ｒをもつので、曲がり導波路３１２が直線導波路３００に接続する位置と曲がり導波路３１４が直線導波路３０２に接続する位置との間のＹ方向に沿った距離もｓとなる。
【００５５】
また、隣接する光カプラ２２０ａ等は第２の方向であるＸ方向に沿って第１の所定距離ｄだけ離間するように配されているので、点Ａ１−Ａ２間のＸ方向の距離はｄである。また、本実施形態の蛇行導波路２０２−１等は、Ｘ方向のサイズを小さくするため、Ｘ方向に延在する直線導波路を含まないので、
ｄ＝４ｒ        （２）
である。
【００５６】
直線導波路３００及び３０２の長さをそれぞれｑ及びｂとすると、蛇行導波路２０２−１の経路長Ｌｃ（すなわち、点Ａ１からＡ２までの経路長Ｌｃ）は、
Ｌｃ＝ｂ＋ｑ＋２πｒ      （３）
となる。また、図３より、
ｂ＝ｓ＋ｑ        （４）
の関係が成り立つ。
【００５７】
ここで、隣接する光カプラ２２０ａ、２２０ｂから導波ライン２０４ａ、２０４ｂに出力される光の位相差φ0は、入力光の波長をλ0とすると、次式で与えられる。
【００５８】
【数２】
2019207638.tif 000004
【００５９】
上述したように、本実施形態では、隣接する光カプラ２２０ａ等から出力される光の位相を互いに逆位相（したがって、位相差をπの奇数倍）とするので、
φ0＝π（２ｉ＋１）      （ｉ＝０，１，２，…）      （６）
である。したがって、式（５）と式（６）から、次式が成り立つ必要があることがわかる。
【００６０】
【数３】
2019207638.tif 000005
【００６１】
また、式（７）は、式（３）を用いて、次式となる。
【数４】
2019207638.tif 000006
【００６２】
ここで、曲率半径ｒは、曲がり導波路３１０、３１２、３１４の曲がり導波損失が所定量を超えない設計値として与えられる。したがって、蛇行導波路２０２−１の第１の所定距離ｄは、光学特性の設計値として与えられる。また、配列間隔ｐは、使用する光の波長と主極大ビーム２３６の偏向角θについての要求から定まる光学特性の設計値として与えられる。すなわち、第２の所定距離ｓ（＝ｄ＋ｐ）も、光学特性の設計値から与えられる。
【００６３】
したがって、Ｌｃは、光学特性設計から定まるｓ及びｄに対して、直線導波路３００及び３０２の長さｂ及びｑを調整することにより定まる。このｂ及びｑは、式（４）を満たし、ｄは式（２）を満たすので、式（８）に式（４）及び式（２）を適用して、次式を得る。
【００６４】
【数５】
2019207638.tif 000007
【００６５】
結論として、蛇行導波路２０２−１により隣接する光カプラ２２０ａ及び２２０ｂから導波ライン２０４ａ、２０４ｂへ出力される光の位相を互いに逆位相とするための条件は、次式となることがわかる。
【００６６】
【数６】
2019207638.tif 000008
【００６７】
換言すれば、式（１０）及び式（４）を満たす長さｑ及びｂを持つように、直線導波路３００及び３０２の距離ｑ及びｂを設定することで、隣接する光カプラ２２０ａ及び２２０ｂから導波ライン２０４ａ、２０４ｂへ出力される光の位相を互いに逆位相とすることができる。
【００６８】
そして、他の蛇行導波路２０２−２、２０２−３も、蛇行導波路２０２−１と同様に設計することにより、隣接するすべての光カプラ２２０ａ等の間において、対応する導波ライン２０４ａ等へ出力する光の位相を互いに逆位相とすることができる。そして、位相シフタ２２２ａ等により通電することで、隣接する全ての光カプラ２２０ａ等の間で等量の位相シフトを発生させれば、アンテナエレメントアレイ２０８から出力される主極大ビーム２３６の偏向角を変化させることができる。
【００６９】
なお、本実施形態においては、蛇行導波路２０２−１の直線導波路３００及び３０２の双方に位相シフタ２２２ａ及び２２４ａを設けているが、必要とされる位相シフト量や制御の際の消費電力条件によって、直線導波路３００及び３０２の一方又は双方に位相シフタ２２２ａ等を設けるものすることができる。なお、蛇行導波路２０２−２、２０２−３についても同様である。
【００７０】
図４Ａ及び図４Ｂは、アンテナエレメントアレイ２０８から出力される光の遠視野像を示す図である。図４Ａ及び図４Ｂともに、横軸は、基板２００のエッジ２３４の法線２３８から測った偏向角θに対するｓｉｎθの値、縦軸は光の強度である。
【００７１】
図４Ａは、位相シフタ２２２ａ等が非動作状態であって隣接するアンテナエレメント２０６ａ等から出力される光の位相が互いに逆位相（すなわち、位相差がπの奇数倍）であるときの遠視野像を示している。２つの主極大ビームに相当する２つのメインローブ４００、４０２が、それぞれ動作範囲（すなわち、主極大ビームの移動可能角度範囲）の両端に位置している。
【００７２】
図４Ｂは、位相シフタ２２２ａ等により隣接するアンテナエレメント２０６ａ等の間に大きさπの位相シフトが導入されて、隣接するアンテナエレメント２０６ａ等から出力される光の位相が同じ（すなわち、位相差が２πの整数倍）になったときの、遠視野像を示している。一方の主極大ビームが移動し、当該主極大ビームに相当する一つのメインローブ４０４が、動作範囲の中央に位置している。
【００７３】
なお、上述した実施形態では、アンテナエレメント２０６ａ等は、通常の直線導波路であって導波ライン２０４ａ等が伝搬した光を基板２００のエッジ２３４に配された光出射端２１２ａ等から出力するものとしたが、これには限られない。例えば、アンテナエレメント２０６ａ等を、その幅又は厚さが周期的に変化する摂動導波路により構成されるグレーティングベースのアンテナエレメントとし、導波ライン２０４ａ等が伝搬した光を基板２００の表面から線状の光として出力するものとすることができる。この場合、位相シフタ２２２ａ等を動作させることで、Ｘ方向から見たときの基板２００の表面法線に対する主極大ビームの偏向角を変化させるものとすることができる。
【００７４】
図５Ａ及び図５Ｂは、アンテナエレメント２０６ａ等に代えて用いることのできる、上記のような摂動導波路の例を示す図である。図５Ａ、図５Ｂにおいて、図２における構成要素と同じ要素については、同じ符号を用いて示している。
【００７５】
図５Ａにおいて、図示左は基板２００の表面のうち摂動導波路で構成されるグレーティングベースのアンテナエレメントが形成される部分を示した平面図、図示右は図示左の平面図におけるＤＤ断面図である。図５Ａでは、基板２００表面から見た導波路の幅が周期的に変化する摂動導波路であるアンテナエレメント２０６ａ−１、２０６ｂ−１、２０６ｃ−１、２０６ｄ−１が用いられている。アンテナエレメント２０６ａ−１等は、ライン２３２の位置で導波ライン２０４ａ等と接続されている。アンテナエレメント２０６ａ−１等のそれぞれは、ＤＤ断面図において矢印で示す方向に、その長さ方向に沿って分布した光を基板２００の表面から出射する。これにより、アンテナエレメント２０６ａ−１等のそれぞれは、基板２００の表面においてＸ方向に延在する線状光源として作用し、基板２００の表面から上方へ向かう主極大ビームを生成する。この構成においては、位相シフタ２２２ａ等を動作させることで、Ｘ方向から見たときの基板２００の表面法線に対する主極大ビームの偏向角を変化させるものとすることができる。
【００７６】
図５Ｂにおいて、図示左は基板２００の表面のうち摂動導波路で構成されるグレーティングベースのアンテナエレメントが形成される部分を示した平面図、図示右は図示左の平面図におけるＥＥ断面図である。図５Ｂでは、導波路の厚さが周期的に変化する摂動導波路であるアンテナエレメント２０６ａ−２、２０６ｂ−２、２０６ｃ−２、２０６ｄ−２が用いられている。アンテナエレメント２０６ａ−２等は、ライン２３２の位置で導波ライン２０４ａ等と接続されている。アンテナエレメント２０６ａ−２等のそれぞれは、ＥＥ断面図において矢印で示す方向に、その長さ方向に沿って分布した光を基板２００の表面から出射する。これにより、アンテナエレメント２０６ａ−２等のそれぞれは、基板２００の表面においてＸ方向に延在する線状光源として作用し、基板２００の表面から上方へ向かう主極大ビームを生成する。この構成においては、図５Ａと同様に、位相シフタ２２２ａ等を動作さることで、Ｘ方向から見たときの基板２００の表面法線に対する主極大ビームの偏向角を変化させるものとすることができる。
【００７７】
以上、説明したように、本発明のＯＰＡ１０４は、基板２００上に形成された光導波路により構成されるソリッドステート型の光フェーズドアレイである。ＯＰＡ１０４は、入力光が伝搬するバス導波路２０２と、バス導波路２０２上に配された、当該バス導波路２０２を伝搬する光の一部をそれぞれ抽出する複数の光カプラ２２０ａ等と、を備える。また、ＯＰＡ１０４は、複数の光カプラ２２０ａ等が抽出した光をそれぞれ伝搬する複数の導波ライン２０４ａ等と、バス導波路２０２に設けられた位相シフタ２２２ａ等と、を備える。また、複数の導波ライン２０４ａ等は互いに等しい光路長を持ち、位相シフタ２２２ａ等は、バス導波路２０２のうち隣接する光カプラ２２０ａ等が挟むそれぞれの区間に設けられている。
【００７８】
この構成によれば、導波ライン２０４ａ等が互いに同じ光路長を持つので、位相シフタ２２２ａ等が非動作状態である場合に隣接する光出力端２１０ａ等（従って、隣接する光出射端２１２ａ等）から出力される光の位相差は、主としてバス導波路２０２に沿った複数の光カプラ２２０ａ等の互いの位置関係により定まる。すなわち、当該位置関係により定まる位相差に対して付加的に発生する位相シフトがないので、位相シフトのオフセットを補償する必要がなく、単純な制御によりＯＰＡ１０４を動作させることができる。
【００７９】
また、位相シフタ２２２ａ等を動作させた場合に、光カプラ２２０ａ等から導波ライン２０４ａ等に向けて出力される光の位相シフト量は、バス導波路２０２に沿って光入力端２３０に最も近い順に、複数の位相シフタ２２２ａ等により生ずる位相シフトが順次累積された位相シフト量となるので、位相シフタ２２２ａ等のそれぞれにより比較的小さな位相シフトを与えるだけで、２πを超える累積位相シフトを精度よく生じさせて、アンテナエレメントアレイ２０８から出射する主極大ビーム２３６の出射方向を変化させることができる。
【００８０】
ＯＰＡ１０４は、また、複数の光カプラ２２０ａ等にそれぞれ接続された複数の導波ライン２０４ａ等のそれぞれの光の光出力端２１０ａ等が、基板２００の第１の方向であるＹ方向に平行なライン２３２に沿って所定の間隔ｐで配されている。また、複数の光カプラ２２０ａ等は、Ｙ方向に直交する第２の方向であるＸ方向に沿って第１の所定距離ｄをもって互いに離間し、且つＹ方向に沿って第２の所定距離ｓ（＝ｄ＋ｐ）をもって互いに離間するよう配されている。そして、複数の導波ライン２０４ａ等は、それぞれ、複数の光カプラ２２０ａ等の一つにその一端が接続されてＸ方向に延在する直線導波路２０４ａ−１等と、当該直線導波路２０４ａ−１等に接続され、当該導波ライン２０４ａ等の光出力端２１０ａ等に向かって光の伝搬方向を９０°変換する曲がり導波路２０４ａ−２等と、により構成されている。さらに、バス導波路２０２は、その一部が光カプラ２２０ａ等の一部を構成する複数の蛇行導波路２０２−１等が縦続接続されて構成されている。
【００８１】
この構成によれば、互いに同じ光路長を持つ導波ライン２０４ａ等をシンプルに構成することができる。また、より多くのチャネルを設けるには縦続接続する蛇行導波路２０２−１等及び対応する導波ライン２０４ａ等を所定の間隔で追加配置するだけでよいので、設計拡張性の高いＯＰＡを実現することができる。
【００８２】
また、ＯＰＡ１０４では、光カプラ２２０ａ等は、所定距離を隔てて近接する２つの光導波路間のエバネセント波を介した光の結合を利用するエバネセントカプラで構成されている。また、バス導波路２０２を構成する蛇行導波路２０２−１等は、直線導波路３００、３０２と、曲がり導波路３１０、３１２、３１４とを有し、蛇行導波路２０２−１等の曲がり導波路３１２、３１４の一部が光カプラ２２０ａ等であるエバネセントカプラの一部を構成している。
【００８３】
この構成によれば、バス導波路２０２の伝搬損失を増加させることなく、バス導波路２０２を伝搬する光を導波ライン２０４ａ等へ分配することができる。
【００８４】
また、ＯＰＡ１０４では、蛇行導波路２０２−１を構成する曲がり導波路は、光の伝搬方向を１８０°変換する一つの第１の曲がり導波路３１０と、光の伝搬方向を９０°変換する２つの第２の曲がり導波路３１２、３１４と、第１の曲がり導波路３１０を２つの第２の曲がり導波路３１２及び３１４にそれぞれ接続する２つの直線導波路３００、３０２で構成されている。そして、２つの第２の曲がり導波路３１２、３１４のそれぞれの一部が、隣接するエバネセントカプラである光カプラ２２０ａ、２２０ｂの一部を構成している。
【００８５】
この構成によれば、所定の距離間隔で配された隣接する光カプラ２２０ａ等を、同じ所定の光路長を持つ蛇行導波路２０２−１等により接続するという単純な構成で、隣接する光カプラ２２０ａ等から導波ライン２０４ａ等へ出射する各光の間の位相差が一定となるようにすることができる。
【００８６】
また、ＯＰＡ１０４では、位相シフタ２２２ａ等は、第１の曲がり導波路３１０を２つの第２の曲がり導波路３１２、３１４に接続する２つの直線導波路３００、３０２の一方又は双方に設けられている。この構成によれば、蛇行導波路２０２−１に沿った位相シフタ２２２ａ、２２４ａのトータルの長さを、直線導波路３００及び３０２の長さを加算した長さの範囲まで自由に選択することができるので、位相シフタ２２２ａ、２２４ａの動作電圧についての設計自由度が向上する。
【００８７】
また、ＯＰＡ１０４では、位相シフタ２２２ａ等は、バス導波路２０２の一部に設けられたヒータ２２６ａ等、２２８ａ等により構成される。そして、ヒータ２２６ａ等、２２８ａ等は、同じ電流を通電したときに互いに同じ温度となるように、長さ、幅、及び厚さを含むサイズ、並びに形状が、互いに同じとなるように構成されている。この構成によれば、バス導波路２０２上に金属薄膜等を設けるだけの簡易な構成で、バス導波路２０２を伝搬する光に位相シフトを与えることができる。また、ヒータ２２６ａ等、２２８ａ等に同じ電流を流すだけで、隣接する光カプラ２２０ａ等から導波ライン２０４ａ等へ出射する各光の間に同じ位相シフトを生じさせることができる。
【００８８】
また、ＯＰＡ１０４では、バス導波路２０２に沿った隣接する光カプラ２２０ａ等の間のそれぞれの区間は、全て同じ長さで構成され、隣接する光カプラ２２０ａ等から抽出される光の互いの位相差がすべて同じ所定の値となるように構成されている。
【００８９】
この構成によれば、位相シフタ２２２ａ等が非動作状態の場合の主極大ビーム２３６の出射方向（初期方向）を、任意の所定の方向に設定することができる。これにより、例えば、本光フェーズドアレイをＬｉＤＡＲセンサに用いた場合に、動作開始において最初に探索すべき方向に主極大ビーム２３６の初期方向を予め設定しておくことができるので、所望の方向の空間情報を迅速に取得することが可能となる。
【００９０】
また、ＯＰＡ１０４では、バス導波路２０２に沿った隣接する光カプラ２２０ａ等の間のそれぞれの区間は、全て同じ長さで構成され、隣接する光カプラ２２０ａ等から抽出される光の互いの位相差がすべてπの奇数倍又は２πの整数倍となるように構成されている。
【００９１】
この構成によれば、位相シフタ２２２ａ等が非動作状態であるときの主極大ビーム２３６の出射方向を動作範囲の端又は中央に設定して、動作開始時に主極大ビーム２３６を端から端へ移動させて全動作範囲をスキャンしたり、動作範囲の中央から所望の方向へ移動させてスキャンを行うことができる。
【００９２】
また、ＯＰＡ１０４では、導波ライン２０４ａ等のそれぞれに接続するアンテナエレメント２０６ａ等として、その幅方向又は深さ方向のサイズが変化する摂動導波路で構成されたグレーティングベースのアンテナエレメントを用い、当該摂動導波路のそれぞれにより基板２００の表面から光が出力されるよう構成することができる。この構成によれば、上記摂動導波路の長さに沿って線状の主極大ビームを基板２００の表面から出射させることができるので、例えば三次元空間マッピングを行うＬｉＤＡＲセンサを容易に構成することができる。
【００９３】
また、本発明は、ＯＰＡ１０４を用いたＬｉＤＡＲセンサ１００である。この構成によれば、複雑な制御を必要とせず、比較的少ない位相シフトで動作する、ソリッドステート型のＯＰＡ１０４を用いて、高信頼で且つ制御の容易なＬｉＤＡＲセンサを実現することができる。
【００９４】
なお、本発明は上記実施形態の構成に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能である。
【００９５】
例えば、上記実施形態では、アンテナエレメント２０６ａ等もバス導波路２０２等と同じ一枚の基板２００上に構成されるものとしたが、これには限られない。例えば、アンテナエレメント２０６ａ等を基板２００とは別の基板上に構成するものとして、導波ライン２０４ａ等とアンテナエレメント２０６ａ等とを、基板２００上に形成した直線導波路や光ファイバを介して光学的に接続するものとすることができる。
【符号の説明】
【００９６】
１００…ＬｉＤＡＲセンサ、１０２…光源、１０４…光フェーズドアレイ（ＯＰＡ）、１０６…受光センサ、１０８…処理装置、２００…基板、２０２…バス導波路、２０２−１、２０２−２、２０２−３…蛇行導波路、２０４ａ、２０４ｂ、２０４ｃ、２０４ｄ…導波ライン、２０４ａ−１、２０４ｂ−１、２０４ｃ−１、２０４ｄ−１、３００、３０２…直線導波路、２０４ａ−２、２０４ｂ−２、２０４ｃ−２、２０４ｄ−２、３１０、３１２、３１４…曲がり導波路、２０６ａ、２０６ａ−１、２０６ａ−２、２０６ｂ、２０６ｂ−１、２０６ｂ−２、２０６ｃ、２０６ｃ−１、２０６ｃ−２、２０６ｄ、２０６ｄ−１、２０６ｄ−２…アンテナエレメント、２０８…アンテナエレメントアレイ、２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃ、２１０ｄ…光出力端、２１２ａ、２１２ｂ、２１２ｃ、２１２ｄ…光出射端、２２０ａ、２２０ｂ、２２０ｃ、２２０ｄ…光カプラ、２２２ａ、２２２ｂ、２２２ｃ、２２４ａ、２２４ｂ、２２４ｃ…位相シフタ、２２６ａ、２２６ｂ、２２６ｃ、２２８ａ、２２８ｂ、２２８ｃ…ヒータ、２３０…光入力端、２３２…ライン、２３４…エッジ、２３６…主極大ビーム、２３８…法線、４００、４０２、４０４…メインローブ。
【図１】
2019207638.tif 000009
【図２】
2019207638.tif 000010
【図３】
2019207638.tif 000011
【図４Ａ】
2019207638.tif 000012
【図４Ｂ】
2019207638.tif 000013
【図５Ａ】
2019207638.tif 000014
【図５Ｂ】
2019207638.tif 000015
【手続補正書】
【提出日】平成31年4月23日(2019.4.23)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の上に形成された光導波路により構成される光フェーズドアレイであって、
入力光が伝搬するバス導波路と、
前記バス導波路の上に配された、当該バス導波路を伝搬する光の一部をそれぞれ抽出する複数の光カプラと、
前記複数の光カプラが抽出した光をそれぞれ伝搬する複数の導波ラインと、
前記バス導波路に設けられた位相シフタと、
を備え、
前記複数の光カプラは、前記バス導波路に沿って縦続接続され、
前記位相シフタは、前記バス導波路のうち隣接する前記光カプラが挟むそれぞれの区間に設けられ、
前記バス導波路に沿った隣接する前記光カプラの間のそれぞれの区間は、全て同じ長さで構成され、前記位相シフタのいずれにも通電しない状態において隣接する前記光カプラから抽出される光の互いの位相差がすべて同じ所定の値となるように構成されており、
前記複数の導波ラインは、
互いに等しい光路長を持ち、
前記複数の導波ラインのそれぞれは、対応する前記複数の光カプラから、互いに同じ方向に延在する部分を有し、
前記複数の導波ラインの光出射端は、前記延在する方向に平行な一のラインに沿って所定の間隔で配列されて、前記延在する方向と直交する方向へ光を出射する、
よう構成されている、
光フェーズドアレイ。
【請求項２】
前記所定の値は、πの奇数倍又は２πの整数倍である、
請求項１に記載の光フェーズドアレイ。
【請求項３】
前記複数の光カプラにそれぞれ接続された前記複数の導波ラインのそれぞれの光の出射端は、前記基板の第１の方向に平行なラインに沿って、所定の間隔で配されており、
前記複数の光カプラは、前記第１の方向に直交する第２の方向に沿って第１の所定距離をもって互いに離間し、且つ前記第１の方向に沿って前記所定の間隔と前記第１の所定距離とを加算した距離である第２の所定距離をもって互いに離間するよう配されており、
前記複数の導波ラインは、それぞれ、前記複数の光カプラの一つにその一端が接続された前記第１の方向に延在する直線導波路と、当該直線導波路に接続され、当該導波ラインの出力端に向かって光の伝搬方向を９０°変換する曲がり導波路と、により構成されている、
請求項１又は２に記載の光フェーズドアレイ。
【請求項４】
前記バス導波路は、その一部が前記光カプラの一部を構成する複数の蛇行導波路が縦続接続されて構成され、
前記光カプラは、エバネセントカプラで構成されており、
前記バス導波路を構成する前記蛇行導波路のそれぞれは、直線導波路と曲がり導波路とを有し、
前記蛇行導波路の前記曲がり導波路の一部が前記エバネセントカプラの一部を構成する、
請求項１ないし３のいずれか一項に記載の光フェーズドアレイ。
【請求項５】
前記位相シフタは、前記蛇行導波路が有する前記直線導波路に設けられている、
請求項４に記載の光フェーズドアレイ。
【請求項６】
前記位相シフタは、それぞれ、前記基板の上に設けられたヒータにより構成され、
前記ヒータは、同じ電流を通電したときに互いに同じ温度となるように、前記直線導波路に沿った長さ、幅、及び厚さを含むサイズ、並びに形状が、互いに同じとなるように構成されている、
請求項５に記載の光フェーズドアレイ。
【請求項７】
前記蛇行導波路は、光の伝搬方向を１８０°変換する一つの第１の曲がり導波路と、光の伝搬方向を９０°変換する２つの第２の曲がり導波路と、前記第１の曲がり導波路を前記２つの第２の曲がり導波路にそれぞれ接続する２つの直線導波路で構成されており、
前記２つの第２の曲がり導波路のそれぞれの一部が、隣接する前記エバネセントカプラの一部を構成している、
請求項４ないし６のいずれか一項に記載の光フェーズドアレイ。
【請求項８】
前記導波ラインのそれぞれには、その幅方向又は深さ方向のサイズが変化する摂動導波路で構成されたグレーティングベースのアンテナエレメントが接続されており、前記摂動導波路のそれぞれにより前記基板の表面から光が出力されるよう構成されている、
請求項１ないし７のいずれか一項に記載の光フェーズドアレイ。
【請求項９】
前記基板の材料は、Ｓｉ３Ｎ４、Ｓｉ、ＳｉＯＮ、ＬｉＮｂＯ３、ＬｉＴａＯ３、及びＳｉＣのいずれかである、
請求項１ないし８のいずれか一項に記載の光フェーズドアレイ。
【請求項１０】
請求項１ないし９のいずれか一項に記載の光フェーズドアレイを用いたＬｉＤＡＲセンサ。
【請求項１１】
（削除）
【手続補正書】
【提出日】平成30年9月18日(2018.9.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の上に形成された光導波路により構成される光フェーズドアレイであって、
入力光が伝搬するバス導波路と、
前記バス導波路の上に配された、当該バス導波路を伝搬する光の一部をそれぞれ抽出する複数の光カプラと、
前記複数の光カプラが抽出した光をそれぞれ伝搬する複数の導波ラインと、
前記バス導波路に設けられた位相シフタと、
を備え、  
前記複数の光カプラは、前記バス導波路に沿って縦続接続され、
前記位相シフタは、前記バス導波路のうち隣接する前記光カプラが挟むそれぞれの区間に設けられ、
前記バス導波路に沿った隣接する前記光カプラの間のそれぞれの区間は、全て同じ長さで構成され、前記位相シフタのいずれにも通電しない状態において隣接する前記光カプラから抽出される光の互いの位相差がすべて同じ所定の値となるように構成されており、
前記複数の導波ラインは、
互いに等しい光路長を持ち、
前記複数の導波ラインの、前記複数の光カプラとの接続部分は、互いに同じ方向に延在し、
前記複数の導波ラインの光出射端は、前記接続部分が延在する方向に平行な一のラインに沿って所定の間隔で配列されて、前記接続部分が延在する方向と直交する方向へ光を出射する、
よう構成されている、
光フェーズドアレイ。
【請求項２】
前記所定の値は、πの奇数倍又は２πの整数倍である、
請求項１に記載の光フェーズドアレイ。
【請求項３】
前記複数の光カプラにそれぞれ接続された前記複数の導波ラインのそれぞれの光の出射端は、前記基板の第１の方向に平行なラインに沿って、所定の間隔で配されており、
前記複数の光カプラは、前記第１の方向に直交する第２の方向に沿って第１の所定距離をもって互いに離間し、且つ前記第１の方向に沿って前記所定の間隔と前記第１の所定距離とを加算した距離である第２の所定距離をもって互いに離間するよう配されており、
前記複数の導波ラインは、それぞれ、前記複数の光カプラの一つにその一端が接続された前記第１の方向に延在する直線導波路と、当該直線導波路に接続され、当該導波ラインの出力端に向かって光の伝搬方向を９０°変換する曲がり導波路と、により構成されている、  
請求項１又は２に記載の光フェーズドアレイ。
【請求項４】
前記バス導波路は、その一部が前記光カプラの一部を構成する複数の蛇行導波路が縦続接続されて構成され、
前記光カプラは、エバネセントカプラで構成されており、
前記バス導波路を構成する前記蛇行導波路のそれぞれは、直線導波路と曲がり導波路とを有し、
前記蛇行導波路の前記曲がり導波路の一部が前記エバネセントカプラの一部を構成する、
請求項１ないし３のいずれか一項に記載の光フェーズドアレイ。
【請求項５】
前記位相シフタは、前記蛇行導波路が有する前記直線導波路に設けられている、
請求項４に記載の光フェーズドアレイ。
【請求項６】
前記位相シフタは、それぞれ、前記基板の上に設けられたヒータにより構成され、
前記ヒータは、同じ電流を通電したときに互いに同じ温度となるように、前記直線導波路に沿った長さ、幅、及び厚さを含むサイズ、並びに形状が、互いに同じとなるように構成されている、
請求項５に記載の光フェーズドアレイ。
【請求項７】
前記蛇行導波路は、光の伝搬方向を１８０°変換する一つの第１の曲がり導波路と、光の伝搬方向を９０°変換する２つの第２の曲がり導波路と、前記第１の曲がり導波路を前記２つの第２の曲がり導波路にそれぞれ接続する２つの直線導波路で構成されており、
前記２つの第２の曲がり導波路のそれぞれの一部が、隣接する前記エバネセントカプラの一部を構成している、
請求項４ないし６のいずれか一項に記載の光フェーズドアレイ。
【請求項８】
前記導波ラインのそれぞれには、その幅方向又は深さ方向のサイズが変化する摂動導波路で構成されたグレーティングベースのアンテナエレメントが接続されており、前記摂動導波路のそれぞれにより前記基板の表面から光が出力されるよう構成されている、
請求項１ないし７のいずれか一項に記載の光フェーズドアレイ。
【請求項９】
前記基板の材料は、Ｓｉ３Ｎ４、Ｓｉ、ＳｉＯＮ、ＬｉＮｂＯ３、ＬｉＴａＯ３、及びＳｉＣのいずれかである、
請求項１ないし８のいずれか一項に記載の光フェーズドアレイ。
【請求項１０】
請求項１ないし９のいずれか一項に記載の光フェーズドアレイを用いたＬｉＤＡＲセンサ。
【手続補正書】
【提出日】平成31年1月17日(2019.1.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の上に形成された光導波路により構成される光フェーズドアレイであって、
入力光が伝搬するバス導波路と、
前記バス導波路の上に配された、当該バス導波路を伝搬する光の一部をそれぞれ抽出する複数の光カプラと、
前記複数の光カプラが抽出した光をそれぞれ伝搬する複数の導波ラインと、
前記バス導波路に設けられた位相シフタと、
を備え、
前記複数の光カプラは、前記バス導波路に沿って縦続接続され、
前記位相シフタは、前記バス導波路のうち隣接する前記光カプラが挟むそれぞれの区間に設けられ、
前記バス導波路に沿った隣接する前記光カプラの間のそれぞれの区間は、全て同じ長さで構成され、前記位相シフタのいずれにも通電しない状態において隣接する前記光カプラから抽出される光の互いの位相差がすべて同じ所定の値となるように構成されており、
前記複数の導波ラインは、
互いに等しい光路長を持ち、
前記複数の導波ラインのそれぞれは、対応する前記複数の光カプラから、互いに同じ方向に延在する部分を有し、
前記複数の導波ラインの光出射端は、前記延在する方向に平行な一のラインに沿って所定の間隔で配列されて、前記延在する方向と直交する方向へ光を出射する、
よう構成されている、
光フェーズドアレイ。
【請求項２】
前記所定の値は、πの奇数倍又は２πの整数倍である、
請求項１に記載の光フェーズドアレイ。
【請求項３】
前記複数の光カプラにそれぞれ接続された前記複数の導波ラインのそれぞれの光の出射端は、前記基板の第１の方向に平行なラインに沿って、所定の間隔で配されており、
前記複数の光カプラは、前記第１の方向に直交する第２の方向に沿って第１の所定距離をもって互いに離間し、且つ前記第１の方向に沿って前記所定の間隔と前記第１の所定距離とを加算した距離である第２の所定距離をもって互いに離間するよう配されており、
前記複数の導波ラインは、それぞれ、前記複数の光カプラの一つにその一端が接続された前記第１の方向に延在する直線導波路と、当該直線導波路に接続され、当該導波ラインの出力端に向かって光の伝搬方向を９０°変換する曲がり導波路と、により構成されている、
請求項１又は２に記載の光フェーズドアレイ。
【請求項４】
前記バス導波路は、その一部が前記光カプラの一部を構成する複数の蛇行導波路が縦続接続されて構成され、
前記光カプラは、エバネセントカプラで構成されており、
前記バス導波路を構成する前記蛇行導波路のそれぞれは、直線導波路と曲がり導波路とを有し、
前記蛇行導波路の前記曲がり導波路の一部が前記エバネセントカプラの一部を構成する、
請求項１ないし３のいずれか一項に記載の光フェーズドアレイ。
【請求項５】
前記位相シフタは、前記蛇行導波路が有する前記直線導波路に設けられている、
請求項４に記載の光フェーズドアレイ。
【請求項６】
前記位相シフタは、それぞれ、前記基板の上に設けられたヒータにより構成され、
前記ヒータは、同じ電流を通電したときに互いに同じ温度となるように、前記直線導波路に沿った長さ、幅、及び厚さを含むサイズ、並びに形状が、互いに同じとなるように構成されている、
請求項５に記載の光フェーズドアレイ。
【請求項７】
前記蛇行導波路は、光の伝搬方向を１８０°変換する一つの第１の曲がり導波路と、光の伝搬方向を９０°変換する２つの第２の曲がり導波路と、前記第１の曲がり導波路を前記２つの第２の曲がり導波路にそれぞれ接続する２つの直線導波路で構成されており、
前記２つの第２の曲がり導波路のそれぞれの一部が、隣接する前記エバネセントカプラの一部を構成している、
請求項４ないし６のいずれか一項に記載の光フェーズドアレイ。
【請求項８】
前記導波ラインのそれぞれには、その幅方向又は深さ方向のサイズが変化する摂動導波路で構成されたグレーティングベースのアンテナエレメントが接続されており、前記摂動導波路のそれぞれにより前記基板の表面から光が出力されるよう構成されている、
請求項１ないし７のいずれか一項に記載の光フェーズドアレイ。
【請求項９】
前記基板の材料は、Ｓｉ３Ｎ４、Ｓｉ、ＳｉＯＮ、ＬｉＮｂＯ３、ＬｉＴａＯ３、及びＳｉＣのいずれかである、
請求項１ないし８のいずれか一項に記載の光フェーズドアレイ。
【請求項１０】
請求項１ないし９のいずれか一項に記載の光フェーズドアレイを用いたＬｉＤＡＲセンサ。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
本発明の一の態様は、基板上に形成された光導波路により構成される光フェーズドアレイであって、入力光が伝搬するバス導波路と、前記バス導波路上に配された、当該バス導波路を伝搬する光の一部をそれぞれ抽出する複数の光カプラと、前記複数の光カプラが抽出した光をそれぞれ伝搬する複数の導波ラインと、前記バス導波路に設けられた位相シフタと、を備え、前記複数の光カプラは、前記バス導波路に沿って縦続接続され、前記位相シフタは、前記バス導波路のうち隣接する前記光カプラが挟むそれぞれの区間に設けられ、前記バス導波路に沿った隣接する前記光カプラの間のそれぞれの区間は、全て同じ長さで構成され、前記位相シフタのいずれにも通電しない状態において隣接する前記光カプラから抽出される光の互いの位相差がすべて同じ所定の値となるように構成されており、前記複数の導波ラインは、互いに等しい光路長を持ち、前記複数の導波ラインのそれぞれは、対応する前記複数の光カプラから、互いに同じ方向に延在する部分を有し、前記複数の導波ラインの光出射端は、前記延在する方向に平行な一のラインに沿って所定の間隔で配列されて、前記延在する方向と直交する方向へ光を出射する、よう構成されている。
本発明の他の態様によると、前記所定の値は、πの奇数倍又は２πの整数倍である。
本発明の他の態様によると、前記複数の光カプラにそれぞれ接続された前記複数の導波ラインのそれぞれの光の出射端は、前記基板の第１の方向に平行なラインに沿って、所定の間隔で配されており、前記複数の光カプラは、前記第１の方向に直交する第２の方向に沿って第１の所定距離をもって互いに離間し、且つ前記第１の方向に沿って前記所定の間隔と前記第１の所定距離とを加算した距離である第２の所定距離をもって互いに離間するよう配されており、前記複数の導波ラインは、それぞれ、前記複数の光カプラの一つにその一端が接続された前記第１の方向に延在する直線導波路と、当該直線導波路に接続され、当該導波ラインの出力端に向かって光の伝搬方向を９０°変換する曲がり導波路と、により構成されている。
本発明の他の態様によると、前記バス導波路は、その一部が前記光カプラの一部を構成する複数の蛇行導波路が縦続接続されて構成され、前記光カプラは、エバネセントカプラで構成されており、前記バス導波路を構成する前記蛇行導波路のそれぞれは、直線導波路と曲がり導波路とを有し、前記蛇行導波路の前記曲がり導波路の一部が前記エバネセントカプラの一部を構成する。 
本発明の他の態様によると、前記位相シフタは、前記蛇行導波路が有する前記直線導波路に設けられている。
本発明の他の態様によると、前記位相シフタは、それぞれ、前記基板の上に設けられたヒータにより構成され、前記ヒータは、同じ電流を通電したときに互いに同じ温度となるように、前記直線導波路に沿った長さ、幅、及び厚さを含むサイズ、並びに形状が、互いに同じとなるように構成されている。
本発明の他の態様によると、前記蛇行導波路は、光の伝搬方向を１８０°変換する一つの第１の曲がり導波路と、光の伝搬方向を９０°変換する２つの第２の曲がり導波路と、前記第１の曲がり導波路を前記２つの第２の曲がり導波路にそれぞれ接続する２つの直線導波路で構成されており、前記２つの第２の曲がり導波路のそれぞれの一部が、隣接する前記エバネセントカプラの一部を構成している。  
本発明の他の態様によると、前記導波ラインのそれぞれには、その幅方向又は深さ方向のサイズが変化する摂動導波路で構成されたグレーティングベースのアンテナエレメントが接続されており、前記摂動導波路のそれぞれにより前記基板の表面から光が出力されるよう構成されている。
本発明の他の態様によると、前記基板の材料は、Ｓｉ3Ｎ4、Ｓｉ、ＳｉＯＮ、ＬｉＮｂＯ3、ＬｉＴａＯ3、及びＳｉＣのいずれかである。
本発明の他の態様は、前記いずれかの構成を有する光フェーズドアレイを用いたＬｉＤＡＲセンサである。
【国際調査報告】
2019207638.tif 000016
2019207638.tif 000017
2019207638.tif 000018
2019207638.tif 000019