(57)【要約】【課題】レーザレーダに利用する光導波路素子であって、高強度の光に対する耐性が強い光導波路素子を提供する。【解決手段】光導波路コアと、光導波路コアを包含するクラッドとを備える。光導波路コアは、共通の基準面に沿って形成された、第１入出力部と、第２入出力部と、第１入出力部及び第２入出力部間を並列に接続する、複数の細線導波路を含むアレイ導波路部と、各細線導波路の中途に設けられた屈折率制御部とを含む。第１入出力部は、グレーティングカプラ又はスポットサイズ変換器である。各屈折率制御部は、細線導波路を伝播する光にそれぞれ異なる変移量の位相変移を与える。第２入出力部は、基準面に沿った方向に伝播する光と基準面と交差する方向に伝播する光とを結合する。【選択図】図１
2018173537.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光導波路コアと、該光導波路コアを包含するクラッドとを備え、
前記光導波路コアは、共通の基準面に沿って形成された、第１入出力部と、第２入出力部と、前記第１入出力部及び前記第２入出力部間を並列に接続する、複数の細線導波路を含むアレイ導波路部と、各前記細線導波路の中途に設けられた屈折率制御部とを含み、
前記第１入出力部は、グレーティングカプラであり、
各前記屈折率制御部は、前記細線導波路を伝播する光にそれぞれ異なる変移量の位相変移を与え、
前記第２入出力部は、前記基準面に沿った方向に伝播する光と前記基準面と交差する方向に伝播する光とを結合する
ことを特徴とする光導波路素子。
【請求項２】
光導波路コアと、該光導波路コアを包含するクラッドとを備え、
前記光導波路コアは、共通の基準面に沿って形成された、第１入出力部と、第２入出力部と、前記第１入出力部及び前記第２入出力部間を並列に接続する、複数の細線導波路を含むアレイ導波路部と、各前記細線導波路の中途に設けられた屈折率制御部とを含み、
前記第１入出力部は、スポットサイズ変換器であり、
各前記屈折率制御部は、前記細線導波路を伝播する光にそれぞれ異なる変移量の位相変移を与え、
前記第２入出力部は、前記基準面に沿った方向に伝播する光と前記基準面と交差する方向に伝播する光とを結合する
ことを特徴とする光導波路素子。
【請求項３】
複数の請求項１に記載の光導波路素子と、複数の発光素子と、レンズとを備え、
前記複数の光導波路素子は、該複数の光導波路素子の各前記第２入出力部の幅方向を揃え、かつ該幅方向に直交する長さ方向に沿って並んで配置され、
前記複数の発光素子は、前記複数の光導波路素子の各前記第１入出力部と一対一対応して接続され、
前記レンズは、前記複数の光導波路素子の各前記第２入出力部から送られる光を当該レンズの曲率に応じた方向に出力する
ことを特徴とするレーザレーダ。
【請求項４】
複数の請求項１又は２に記載の光導波路素子と、１つの発光素子と、接続導波路部と、レンズと、遮光板とを備え、
前記複数の光導波路素子は、該複数の光導波路素子の各前記第２入出力部の幅方向を揃え、かつ該幅方向に直交する長さ方向に沿って並んで配置され、
前記接続導波路部は、前記クラッドよりも屈折率が高く、かつ前記光導波路コアよりも屈折率が低い材料で形成されており、
前記接続導波路部は、前記発光素子と前記複数の光導波路素子の各前記第１入出力部との各間を接続し、
前記レンズは、前記複数の光導波路素子の各前記第２入出力部から送られる光を当該レンズの曲率に応じた方向に出力し、
前記遮光板は、前記複数の光導波路素子の各前記第２入出力部と前記レンズとの各間において、前記第２入出力部から前記レンズへの光の光路のうちの一部の光路と交差する位置に配置される
ことを特徴とするレーザレーダ。
【請求項５】
複数の請求項１又は２に記載の光導波路素子と、１つの発光素子と、接続導波路部と、レンズとを備え、
前記複数の光導波路素子は、該複数の光導波路素子の各前記第２入出力部の幅方向を揃え、かつ該幅方向に直交する長さ方向に沿って並んで配置され、
前記接続導波路部は、前記クラッドよりも屈折率が高く、かつ前記光導波路コアよりも屈折率が低い材料で形成されており、
前記接続導波路部は、前記発光素子と前記複数の光導波路素子の各前記第１入出力部との各間を接続し、
前記接続導波路部の、前記発光素子と各前記第１入出力部とを接続する各部分に、前記接続導波路部の一部として遅延線が形成されることによって、前記発光素子と各前記第１入出力部との各間の光の伝送距離が異なる値とされており、
前記レンズは、前記複数の光導波路素子の各前記第２入出力部から送られる光を当該レンズの曲率に応じた方向に出力する
ことを特徴とするレーザレーダ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、レーザレーダに利用する光導波路素子、及びこの光導波路素子を含むレーザレーダに関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ光を掃引して対象物に照射し、その反射光を受光することによって、対象物の大きさ、形状、又は対象物との距離等を検出するレーザレーダの開発が行われている。そして、レーザレーダの送信部や受信部に、例えばシリコン（Ｓｉ）を導波路材料とした光導波路素子を利用する技術が研究されている（例えば特許文献１及び２参照）。
【０００３】
光導波路素子を利用するレーザレーダでは、送信部が、光導波路素子によって構成された分波部及びアレイ導波路部を備える。アレイ導波路部は、複数の細線導波路を含み、これら複数の細線導波路が分波部と並列に接続されている。
【０００４】
そして、光導波路素子を利用するレーザレーダでは、分波部においてレーザ光を複数に分波する。分波されたレーザ光は、それぞれアレイ導波路部の異なる細線導波路に入力される。アレイ導波路部では、各細線導波路を伝播するレーザ光に、それぞれ異なる変移量の位相変移を与える（すなわち位相を制御する）。そして、各細線導波路から出力されるレーザ光を合波して、対象物に対する照射光としての光ビームを形成する。
【０００５】
光導波路素子を利用するレーザレーダでは、アレイ導波路部において、レーザ光の位相を制御することによって、照射光の進行方向を制御することができる。従って、照射光の進行方向を制御するに当たり、装置に可動部分を設ける必要がない。その結果、例えばレーザレーダを車両に搭載する場合等において、振動に対する耐性が向上するため、信頼性に優れたレーザレーダを実現できる。
【０００６】
ここで、Ｓｉを導波路材料とする光導波路素子（Ｓｉ導波路）では、実質的に光の伝送路となる光導波路コアを、Ｓｉを材料として形成する。そして、Ｓｉよりも屈折率の低い例えば酸化シリコン（ＳｉＯ２）等を材料としたクラッドで、光導波路コアの周囲を覆う。このような構成により、Ｓｉ導波路では、光導波路コアとクラッドとの屈折率差が極めて大きくなるため、光導波路コア内に光を強く閉じ込めることができる。その結果、Ｓｉ導波路では、光導波路の寸法を小さくできる。また、Ｓｉ導波路では、曲げ半径を例えば数μｍ程度まで小さくした、小型の曲線導波路を実現することができる。そのため、Ｓｉ導波路をレーザレーダに利用することによって、装置全体の小型化に有利となる。さらに、Ｓｉは、温度係数が大きい。このため、例えば電極を用いた熱光学効果によって位相制御を行う場合、小さい電力で位相制御を行うことが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第２０１５／０３７８２４１号明細書
【特許文献２】米国特許第２０１６／００４９７６５号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、レーザレーダでは、遠くの対象物を検出する用途に用いる場合、レーザ光として強い光パルスを用いる必要がある。しかしながら、光導波路素子を利用するレーザレーダでは、寸法の小さいＳｉ導波路に高強度の光が入力されると、二光子吸収の影響により、光導波路素子自体が損傷し劣化するという問題がある。
【０００９】
この発明の目的は、レーザレーダに利用する光導波路素子であって、高強度の光に対する耐性が強い光導波路素子、及びこれを含むレーザレーダを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述した課題を解決するために、この発明による光導波路素子は、光導波路コアと、光導波路コアを包含するクラッドとを備えている。光導波路コアは、共通の基準面に沿って形成された、第１入出力部と、第２入出力部と、第１入出力部及び第２入出力部間を並列に接続する、複数の細線導波路を含むアレイ導波路部と、各細線導波路の中途に設けられた屈折率制御部とを含む。第１入出力部は、グレーティングカプラ又はスポットサイズ変換器である。各屈折率制御部は、細線導波路を伝播する光にそれぞれ異なる変移量の位相変移を与える。第２入出力部は、基準面に沿った方向に伝播する光と基準面と交差する方向に伝播する光とを結合する。
【発明の効果】
【００１１】
この発明の光導波路素子では、パルス光源等の発光素子からの光を、第１入出力部を経て、各細線導波路に入力することができる。そして、発光素子からの光の強度及び細線導波路の耐性に応じて、細線導波路の設置数を決定し、光を分岐する。このため、発光素子からの光を、寸法の小さい細線導波路に直接入力する場合と異なり、この発明の光導波路素子では、二光子吸収が生じるのを抑制することができる。従って、この発明の光導波路素子は、高強度の光に対する耐性が強く、例えばレーザレーダの送信部に用いた場合であっても、光導波路の劣化という問題を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】（Ａ）は、この発明の光導波路素子を示す概略的平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）に示す構造体をＩ-Ｉ線で切り取った概略的端面図である。
【図２】（Ａ）は、第１入出力部を説明するための概略的端面図であり、（Ｂ）及び（Ｃ）は、第１入出力部を説明するための概略的平面図である。
【図３】この発明の第１のレーザレーダを示す概略的平面図である。
【図４】この発明の第１のレーザレーダを示す図であり、図３に示す構造体を紙面の左側から見た概略的側面図である。
【図５】この発明の第２のレーザレーダを示す概略的平面図である。
【図６】（Ａ）は、図５に示す構造体を紙面の左側から見た概略的側面図であり、（Ｂ）は、図５に示す構造体を紙面の下側から見た概略的側面図である。
【図７】（Ａ）は、接続導波路部と第１入出力部との接続部分を説明するための概略的端面図であり、（Ｂ）は、接続導波路部と第１入出力部との接続部分を説明するための概略的平面図である。
【図８】（Ａ）は、接続導波路部と第１入出力部との接続部分を説明するための概略的平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）に示す構造体をＩＩ-ＩＩ線で切り取った概略的端面図である。
【図９】この発明の第３のレーザレーダを示す概略的平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図を参照して、この発明の実施の形態について説明するが、各構成要素の形状、大きさ及び配置関係については、この発明が理解できる程度に概略的に示したものに過ぎない。また、以下、この発明の好適な構成例につき説明するが、各構成要素の材質及び数値的条件などは、単なる好適例にすぎない。従って、この発明は以下の実施の形態に限定されるものではなく、この発明の構成の範囲を逸脱せずにこの発明の効果を達成できる多くの変更又は変形を行うことができる。
【００１４】
（光導波路素子）
図１を参照して、この発明の第１の実施の形態による光導波路素子（以下、単に光導波路素子とも称する）について説明する。図１（Ａ）は、光導波路素子を示す概略平面図である。なお、図１（Ａ）では、後述する支持基板、クラッド及び電極を省略して示してある。図１（Ｂ）は、図１（Ａ）に示す構造体をＩ−Ｉ線で切り取った概略的端面図である。
【００１５】
なお、以下の説明では、各構成要素について、光伝播方向に沿った方向を長さ方向とする。また、支持基板の厚さに沿った方向を厚さ方向とする。また、長さ方向及び厚さ方向に直交する方向を幅方向とする。
【００１６】
光導波路素子１００は、支持基板１０とクラッド２０と光導波路コア３０と電極４０を備えて構成されている。光導波路コア３０は、第１入出力部３１と、第２入出力部３５と、第１入出力部３１及び第２入出力部３５間を並列に接続する、複数の細線導波路３３−１〜ｎ（ｎは正の整数）を含むアレイ導波路部３２と、各細線導波路３３−１〜ｎの中途に設けられた屈折率制御部３４−１〜ｎとを含んでいる。第１入出力部３１、アレイ導波路部３２及び第２入出力部３５は、共通の基準面Ｓに沿って形成されている。ここでは、基準面Ｓは、例えば支持基板１０の上面に平行な面とすることができる。
【００１７】
光導波路素子１００は、例えばレーザレーダの送信部や受信部として利用される。ここでは、一例として、光導波路素子１００を送信部として利用する場合の構成例について説明する。この場合には、光導波路素子１００は、第１入出力部３１において、基準面Ｓから外れる位置にある例えばパルス光源等の発光素子（以下、パルス光源とも称する）と接続される。
【００１８】
光導波路素子１００では、パルス光源からの光は、第１入出力部３１に入力される。第１入出力部３１に入力された光は、ｎ分岐され、アレイ導波路部３２の各細線導波路３３−１〜ｎに送られる。各細線導波路３３−１〜ｎを伝播する光には、屈折率制御部３４−１〜ｎにおいて、それぞれ異なる変移量の位相変移が与えられる（すなわち位相が制御される）。各細線導波路３３−１〜ｎを伝播する、位相制御された光は、第２入出力部３５で合波され、照射光として出力される。
【００１９】
支持基板１０は、例えば単結晶Ｓｉを材料とした平板状体で構成されている。
【００２０】
クラッド２０は、支持基板１０上に、支持基板１０の上面を被覆し、かつ光導波路コア３０を包含して形成されている。クラッド２０は、例えばＳｉＯ２を材料として形成されている。
【００２１】
光導波路コア３０は、クラッド２０よりも高い屈折率を有するＳｉを材料として形成されている。その結果、光導波路コア３０は、光の伝送路として機能し、光導波路コア３０に入力された光が光導波路コア３０の平面形状に応じた伝播方向に伝播する。
【００２２】
なお、伝播する光が支持基板１０へ逃げるのを防止するために、光導波路コア３０は、支持基板１０から例えば少なくとも３μｍ以上離間して形成されているのが好ましい。
【００２３】
第１入出力部３１は、グレーティングカプラとして構成されている。図２を参照して、第１入出力部３１について説明する。図２（Ａ）は、第１入出力部３１を説明するための概略的端面図であり、第１入出力部３１を長さ方向に沿って切り取った端面を示している。
【００２４】
第１入出力部３１には、グレーティングが形成されている。グレーティングは、第１入出力部３１に格子溝５１を形成することによって形成されている。格子溝５１は、第１入出力部３１の上面から、厚さ方向の中途まで穿たれて形成されている。また、格子溝５１は、長さ方向に沿って周期的に複数形成されている。グレーティングは、基準面Ｓから外れる位置にあるパルス光源から入力される光（すなわち基準面Ｓと交差する方向に伝播する光）を回折して、基準面Ｓに沿った方向に伝播する光と結合させる。
【００２５】
また、第１入出力部３１の他の構成例として、図２（Ｂ）に示すように、各細線導波路３３−１〜ｎの端部にグレーティングを形成し、グレーティングカプラとしての第１入出力部３１を構成することもできる。図２（Ｂ）は、各細線導波路３３−１〜ｎの端部にグレーティングカプラとしての第１入出力部３１を形成した場合の構成例を示す概略的平面図である。図２（Ｂ）では、支持基板及びクラッドを省略して示してある。
【００２６】
グレーティングは、各細線導波路３３−１〜ｎの端部に格子溝５２ａ及び５２ｂを形成することによって形成されている。格子溝５２ａは、細線導波路３３−１〜ｎの一方の側面に、長さ方向に沿って周期的に複数形成されている。格子溝５２ｂは、細線導波路３３−１〜ｎの他方の側面に、長さ方向に沿って格子溝５２ａと同一周期で周期的に複数形成されている。
【００２７】
さらに、第１入出力部３１に形成するグレーティングの他の構成例として、図２（Ｃ）に示すように、フォトニック結晶を用いることもできる。図２（Ｃ）は、第１入出力部３１としてフォトニック結晶を形成した場合の構成例を示す概略的平面図である。図２（Ｃ）では、支持基板及びクラッドを省略して示してある。
【００２８】
フォトニック結晶は、第１入出力部３１に空孔５３を形成することによって構成されている。空孔５３は、第１入出力部３１を上面から下面まで貫通して形成されている。また、空孔５３は、複数列形成されている。そして、空孔５３は、各列において長さ方向に沿って周期的に複数形成されている。
【００２９】
アレイ導波路部３２に含まれる各細線導波路３３−１〜ｎは、ここでは、曲線導波路及び直線導波路を組み合わせて形成されている。細線導波路３３−１〜ｎは、例えば厚さ及び幅を数百ｎｍ程度の小さい寸法とすることができる。
【００３０】
各細線導波路３３−１〜ｎと第１入出力部３１との各間には、テーパ部３６−１〜ｎが設けられている。テーパ部３６−１〜ｎは、第１入出力部３１と接続された一端から、細線導波路３３−１〜ｎと接続された他端まで、連続的に幅が縮小するテーパ形状とされている。テーパ部３６−１〜ｎの、細線導波路３３−１〜ｎと接続された他端の幅は、細線導波路３３−１〜ｎの幅と一致するように設計されている。テーパ部３６−１〜ｎを設けることによって、第１入出力部３１及び各細線導波路３３−１〜ｎ間を伝播する光の反射を緩和することができる。なお、第１入出力部３１として図２（Ｂ）に係るグレーティングカプラを用いる場合には、テーパ部３６−１〜ｎを省略することができる。
【００３１】
屈折率制御部３４−１〜ｎは、各細線導波路３３−１〜ｎの中途に、後述する電極４０の直下の領域として設定されている。屈折率制御部３４−１〜ｎでは、電極４０の作用により、細線導波路３３−１〜ｎを伝播する光に対して、それぞれ異なる変移量の位相変移が与えられる。
【００３２】
第２入出力部３５は、グレーティングカプラとして構成されている。第２入出力部３５には、第１入出力部３１と同様にグレーティングが形成されている。グレーティングは、基準面Ｓに沿った方向に伝播する光を回折して、基準面Ｓと交差する方向に伝播する光と結合させる。この結果、第２入出力部３５は、アレイ導波路部３２から送られる光を、照射光として、基準面Ｓから外れる方向に出力する。照射光は、細線導波路３３−１〜ｎの屈折率制御部３４−１〜ｎで与えられた位相変移に応じて、幅方向（図１（Ａ）にｘ方向として示す）における進行方向が定まる。従って、各屈折率制御部３４−１〜ｎにおいて、光の位相変移を制御することによって、ｘ方向を走査する照射光を出力することができる。
【００３３】
第２入出力部３５と各細線導波路３３−１〜ｎとの各間には、テーパ部３７−１〜ｎが設けられている。テーパ部３７−１〜ｎは、細線導波路３３−１〜ｎと接続された一端から、第２入出力部３５と接続された他端まで、連続的に幅が拡大するテーパ形状とされている。テーパ部３７−１〜ｎの、細線導波路３３−１〜ｎと接続された一端の幅は、細線導波路３３−１〜ｎの幅と一致するように設計されている。テーパ部３７−１〜ｎを設けることによって、各細線導波路３３−１〜ｎ及び第２入出力部３５間を伝播する光の反射を緩和することができる。
【００３４】
電極４０−１〜ｎは、クラッド２０を介して、屈折率制御部３４−１〜ｎを被覆する位置に形成される。電極４０−１〜ｎに電流を流すことでジュール熱を発生させることができる。そして、この発熱による熱光学効果によって、屈折率制御部３４−１〜ｎの屈折率を変化させることができる。その結果、屈折率制御部３４−１〜ｎを伝播する光の位相を変移させることができる。
【００３５】
以上に説明した光導波路素子１００では、パルス光源からの光が、グレーティングカプラとして構成された第１入出力部３１を経て、各細線導波路３３−１〜ｎに入力される。そして、パルス光源からの光の強度及び細線導波路３３−１〜ｎの耐性に応じて、細線導波路３３−１〜ｎの設置数を決定し、光を分岐する。従って、パルス光源からの光を、寸法の小さい細線導波路３３−１〜ｎに直接入力する場合と異なり、光導波路素子１００では、二光子吸収が生じるのを抑制することができる。従って、光導波路素子１００は、高強度の光に対する耐性が強く、例えばレーザレーダの送信部に用いた場合であっても、光導波路の劣化という問題を防止できる。
【００３６】
ここで、パルス光源からの光は数〜数十Ｗの強度であるのに対し、Ｓｉ導波路の光強度に対する耐性は２００ｍＷ程度が限界である。このため、２０本以上の細線導波路３３−１〜ｎを形成するのが好ましい。また、第２入出力部３５から出力される照射光の、基準面Ｓに対する出力角度は、隣り合う細線導波路３３−１〜ｎ間の離間距離をＤ、及び波長をλとして、λ／Ｄ程度となる。従って、細線導波路３３−１〜ｎ間の離間距離Ｄを小さく設計することによって、出力角度（ｘ方向に沿った、基準面Ｓと出力光との間の角度）を大きくとることができる。ここでは、細線導波路３３−１〜ｎ間の離間距離Ｄを数μｍとすることができる。
【００３７】
（第１のレーザレーダ）
図３及び図４を参照して、この発明の第２の実施の形態によるレーザレーダ（以下、第１のレーザレーダとも称する）について説明する。ここでは、上述した光導波路素子１００を、レーザレーダの送信部として利用した場合の構成について説明する。そこで、図３及び図４には、第１のレーザレーダの送信部のみを示す。図３は、第１のレーザレーダを示す概略的平面図である。なお、図３では、クラッド及び電極を省略して示してある。図４は、図３に示す構造体を紙面の左側から見た概略的側面図である。なお、図４では、支持基板、光導波路素子の第２入出力部及び後述するレンズのみを示してあり、その他の構成要素を省略してある。第１のレーザレーダは、上述した光導波路素子１００（図１参照）を備えて構成されるため、光導波路素子１００については、共通する構成要素は同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００３８】
第１のレーザレーダ２００は、送信部として、複数の光導波路素子１００、各光導波路素子１００に一対一対応して接続される複数のパルス光源１１０、及びレンズ１２０を備えて構成されている。図３では、第１のレーザレーダ２００が、４つの光導波路素子１００−１〜４及びこれらに対応する４つのパルス光源１１０−１〜４を備える構成例を示している。
【００３９】
光導波路素子１００−１〜４の各光導波路コア３０は、共通の支持基板１０上に、共通の基準面Ｓ（図１（Ｂ）参照）に沿って形成されている。また、各光導波路コア３０は、共通のクラッド２０（図１（Ｂ）参照）に包含されて形成されている。
【００４０】
光導波路素子１００−１〜４は、上述した屈折率制御部３４−１〜ｎを用いた位相制御による照射光の走査方向（ｘ方向）の向きを揃えて設けられている。さらに、光導波路素子１００−１〜４は、それぞれの第２入出力部３５がｘ方向に直交する方向（ｙ方向）に沿って並ぶように配置されている。なお、図３では、各第２入出力部３５がｙ方向に沿って一直線状に並ぶ例を示しているが、光導波路素子１００−１〜４の配置はこれに限られない。光導波路素子１００−１〜４の配置は、各第２入出力部３５からの照射光によってｙ方向の走査を行うべく、第２入出力部３５がｙ方向に沿って配置されていればよい。例えば、第２入出力部３５がｙ方向に沿って２列に千鳥状に並ぶように、光導波路素子１００−１〜４を配置することもできる。
【００４１】
パルス光源１１０−１〜４は、パルス光を生成し、それぞれ対応する光導波路素子１００−１〜４の第１入出力部３１に生成したパルス光を入力する。パルス光源１１０−１〜４は、基準面Ｓ（図１（Ｂ）参照）から外れる位置に設けられる。従って、パルス光源からの光は、基準面Ｓと交差する方向に伝播する。
【００４２】
レンズ１２０は、光導波路素子１００−１〜４の各第２入出力部３５と空間的に重なる位置に、支持基板１０の上面と対向して設けられている。各第２入出力部３５から出力される照射光は、レンズ１２０に入力され、レンズ１２０の曲率に応じた方向へ出力される。
【００４３】
光導波路素子１００−１〜４の第２入出力部３５のｙ方向における配置によって、各第２入出力部３５からの照射光は、それぞれレンズ１２０への入力位置が異なる。このため、各第２入出力部３５からの照射光は、レンズ１２０を経ることにより、それぞれｙ方向の出力方向が異なる。従って、第１のレーザレーダ２００では、光導波路素子１００を複数設け、ｙ方向に沿って各第２入出力部３５を配置することによって、照射光によるｙ方向の走査が可能となる。また、上述したように、屈折率制御部３４−１〜ｎを用いた位相制御によって、照射光によるｘ方向の走査が可能である。
【００４４】
第１のレーザレーダ２００を用いて対象物を検出する際には、パルス光源１１０−１〜４の一つを選択して駆動させる。そして、選択されたパルス光源１１０−１〜４からのパルス光を、対応する光導波路素子１００−１〜４において、屈折率制御部３４−１〜ｎを用いて位相制御することにより、対象物をｘ方向に走査する照射光として出力する。この動作を、パルス光源１１０−１〜４を順次に駆動させて行うことによって、対象物をｙ方向に走査しつつ、ｙ方向の各位置でｘ方向にも走査することができる。このように、第１のレーザレーダ２００では、照射光をｘ方向及びｙ方向に掃引して対象物に照射することができる。
【００４５】
また、第１のレーザレーダ２００では、支持基板１０の、送信部とは別の領域に形成された受信部（図示せず）において、対象物からの反射光を受信する。第１のレーザレーダ２００では、各光導波路素子１００−１〜４から順次に照射光が出力されるため、対象物のｙ方向における各位置からの反射光が、時間をずらしてそれぞれ順次に受信される。
【００４６】
従って、受信した時間によって、対象物のｙ方向におけるいずれの位置からの反射光かを識別することができる。そして、各時間で受信した反射光を合わせることによって、対象物の大きさ、形状、又は対象物との距離等を検出することができる。
【００４７】
（第２のレーザレーダ）
図５及び図６を参照して、この発明の第３の実施の形態によるレーザレーダ（以下、第２のレーザレーダとも称する）について説明する。ここでは、上述した光導波路素子１００を、レーザレーダの送信部として利用した場合の構成について説明する。そこで、図５及び図６には、第２のレーザレーダの送信部のみを示す。図５は、第２のレーザレーダを示す概略的平面図である。なお、図５では、クラッド及び電極を省略して示してある。図６（Ａ）は、図５に示す構造体を紙面の左側から見た概略的側面図である。また、図６（Ｂ）は、図５に示す構造体を紙面の下側から見た概略的側面図である。なお、図６では、支持基板、光導波路素子の第２入出力部、レンズ及び後述する遮光板のみを示してあり、その他の構成要素を省略してある。第２のレーザレーダは、上述した光導波路素子１００（図１参照）を備えて構成されるため、光導波路素子１００については、共通する構成要素は同一の符号を付し、その説明を省略する。また、上述した第１のレーザレーダ２００と共通する構成要素についても同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００４８】
第２のレーザレーダ３００は、送信部として、複数の光導波路素子１００、一つのパルス光源１１０、接続導波路部１３０、レンズ１２０及び遮光板１４０を備えて構成されている。図５では、第２のレーザレーダ３００が、４つの光導波路素子１００−１〜４を備える構成例を示している。
【００４９】
接続導波路部１３０は、光導波路素子１００−１〜４の各光導波路コア３０と共通の支持基板１０上に形成されている。また、接続導波路部１３０は、各光導波路コア３０と共通のクラッド２０に包含されて形成されている。
【００５０】
接続導波路部１３０は、クラッド２０よりも高い屈折率を有し、かつ光導波路コア３０よりも低い屈折率を有する、例えばＳｉＯｘ（ｘは正の整数）又はＳｉＮを材料として形成されている。その結果、接続導波路部１３０は、光の伝送路として機能し、接続導波路部１３０に入力された光が接続導波路部１３０の平面形状に応じた伝播方向に伝播する。また、光導波路コア３０よりも屈折率が低いため、接続導波路部１３０の厚さ及び幅は１μｍ以上と、光導波路コア３０よりも大きく設計される。
【００５１】
接続導波路部１３０は、パルス光源１１０と各光導波路素子１００−１〜４の第１入出力部３１との各間を接続している。従って、パルス光源１１０からの光は、接続導波路部１３０を経て、各光導波路素子１００−１〜４の第１入出力部３１に分配される。
【００５２】
上述したように、接続導波路部１３０は光導波路コア３０よりも大きいため、二光子吸収の影響が小さい。そのため、パルス光源１１０と接続導波路部１３０とは、グレーティングカプラ等の光分配機構を有した入出力部を用いることなく、端面結合等により直接接続することができる。
【００５３】
接続導波路部１３０の、第１入出力部３１と接続された端部は、第１入出力部３１を包含している。図７を参照して、接続導波路部１３０と第１入出力部３１との接続について説明する。図７（Ａ）は、接続導波路部１３０と第１入出力部３１との接続部分を説明するための概略的端面図であり、接続導波路部１３０及び第１入出力部３１を長さ方向に沿って切り取った端面を示している。
【００５４】
第１入出力部３１は、接続導波路部１３０の端部に包含されている。このように、接続導波路部１３０で第１入出力部３１を包含することによって、接続導波路部１３０を伝播する光が、接続導波路部１３０よりも屈折率が高い第１入出力部３１へ移行する。第１入出力部３１へ移行した光は、グレーティングカプラとしての第１入出力部３１において回折され、細線導波路３３−１〜ｎへ送られる。
【００５５】
接続導波路部１３０と第１入出力部３１との接続において、第１入出力部３１をグレーティングカプラに代えて、スポットサイズ変換器とすることもできる。この場合の構成を図７（Ｂ）に示す。図７（Ｂ）は、第１入出力部３１をスポットサイズ変換器とした場合の、接続導波路部１３０と第１入出力部３１との接続部分を説明するための概略的平面図である。図７（Ｂ）では、支持基板及びクラッドを省略し、かつ接続導波路部１３０を透明としてある。
【００５６】
図７（Ｂ）に係る構成例では、第１入出力部３１は、各細線導波路３３−１〜ｎの端部にテーパ部５４−１〜ｎを形成することで構成される。テーパ部５４−１〜ｎは、接続導波路部１３０側の一端から、細線導波路３３−１〜ｎ側の他端まで、連続的に幅が拡大するテーパ形状とされている。テーパ部５４−１〜ｎの、細線導波路３３−１〜ｎ側の他端の幅は、細線導波路３３−１〜ｎの幅と一致するように設計されている。
【００５７】
このような構造により、接続導波路部１３０を伝播する光は、徐々にテーパ部５４−１〜ｎに移行する。テーパ部５４−１〜ｎは、接続導波路部１３０よりも屈折率が高いため、接続導波路部１３０からテーパ部５４−１〜ｎへ移行する光は、モードフィールド径（ＭＦＤ：Ｍｏｄｅ  Ｆｉｅｌｄ  Ｄｉａｍｅｔｅｒ）が縮小され、細線導波路３３−１〜ｎへ送られる。なお、第１入出力部３１として、図７（Ｂ）の構成例のスポットサイズ変換器を用いる場合には、上述したテーパ部３６−１〜ｎを省略することができる。
【００５８】
さらに、第１入出力部３１をスポットサイズ変換器とする場合の他の構成例として、第１入出力部３１の厚さが変化する構成とすることもできる。この場合の構成を図８に示す。図８（Ａ）は、第１入出力部３１をスポットサイズ変換器とした場合の、接続導波路部１３０と第１入出力部３１との接続部分を説明するための概略的平面図である。図８（Ａ）では、支持基板及びクラッドを省略し、かつ接続導波路部１３０を透明としてある。図８（Ｂ）は、図８（Ａ）に示す構造体をＩＩ−ＩＩ線で切り取った概略的端面図である。
【００５９】
図８に係る構成例では、第１入出力部３１は、接続導波路部１３０側の一端から、テーパ部３６−１〜ｎ側の他端まで、連続的に厚さが拡大するテーパ形状とされている。第１入出力部３１の、テーパ部３６−１〜ｎ側の他端の厚さは、テーパ部３６−１〜ｎの厚さ（すなわち細線導波路３３−１〜ｎの厚さ）と一致するように設計されている。
【００６０】
このような構造により、接続導波路部１３０を伝播する光は、徐々に第１入出力部３１に移行する。第１入出力部３１は、接続導波路部１３０よりも屈折率が高いため、接続導波路部１３０から第１入出力部３１へ移行する光は、ＭＦＤが縮小され、テーパ部３６−１〜ｎを経て細線導波路３３−１〜ｎへ送られる。
【００６１】
遮光板１４０は、光導波路素子１００−１〜４の各第２入出力部３５とレンズ１２０との各間において、第２入出力部３５からレンズ１２０への光の光路のうちの一部の光路と交差する位置に配置される。これによって、各第２入出力部３５からの照射光のうち、遮光板１４０と交差する方向へ出力される照射光は、遮光板１４０によって遮られる。ここでは、第２入出力部３５からレンズ１２０のｙ方向に沿った一端側の領域への光の光路と交差する位置に、遮光板１４０が配置されている。従って、ｘ方向における座標ｘ＝０への照射光（基点状態）は、遮光板１４０によって遮られ、レンズ１２０に到達しない。
【００６２】
第２のレーザレーダ３００を用いて対象物を検出する際には、パルス光源１１０を駆動させる。そして、選択した一つの光導波路素子１００において、屈折率制御部３４−１〜ｎを用いて位相制御することにより、対象物をｘ方向に走査する照射光として出力する。このとき、ｘ方向の走査を行う光導波路素子１００以外の光導波路素子１００は、屈折率制御部３４−１〜ｎを用いて位相制御することにより、照射光を遮光板１４０と交差する方向へ出力する。これによって、ある時間において、ｘ方向の走査を行う光導波路素子１００からの照射光のみがレンズ１２０を経て出力され、これ以外の光導波路素子１００からの照射光は、遮光板１４０によって遮られる。そして、光導波路素子１００−１〜４を順次に選択して、ｘ方向の走査を行うことによって、対象物をｙ方向に走査しつつ、ｙ方向の各位置でｘ方向にも走査することができる。このように、第２のレーザレーダ３００では、複数のパルス光源１１０を備えることなく、照射光をｘ方向及びｙ方向に掃引して対象物に照射することができる。従って、第２のレーザレーダ３００は、省電力の観点で有利である。また、パルス光源１１０は、一般的に高価であるため、複数のパルス光源１１０を要しない第２のレーザレーダ３００は、コストの観点においても有利である。
【００６３】
（第３のレーザレーダ）
図９を参照して、この発明の第４の実施の形態によるレーザレーダ（以下、第３のレーザレーダとも称する）について説明する。ここでは、上述した光導波路素子１００を、レーザレーダの送信部として利用した場合の構成について説明する。そこで、図９には、第３のレーザレーダの送信部のみを示す。図９は、第３のレーザレーダを示す概略的平面図である。なお、図９では、クラッド及び電極を省略して示してある。第３のレーザレーダは、上述した光導波路素子１００（図１参照）を備えて構成されるため、光導波路素子１００については、共通する構成要素は同一の符号を付し、その説明を省略する。また、
第３のレーザレーダは、上述した第２のレーザレーダと、遮光板を省略する点及び遅延線を追加する点で相違する。その他の構成要素については、第２のレーザレーダと同様であるため、共通する構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００６４】
第３のレーザレーダ４００では、接続導波路部１３０の中途に遅延線１５０が設けられている。遅延線１５０は、接続導波路部１３０の一部として、接続導波路部１３０と一体的に形成されている。ここでは、接続導波路部１３０の、光導波路素子１００−１の第１入出力部３１とパルス光源１１０とを接続する部分に遅延線１５０−１が、光導波路素子１００−２の第１入出力部３１とパルス光源１１０とを接続する部分に遅延線１５０−２が、及び光導波路素子１００−３の第１入出力部３１とパルス光源１１０とを接続する部分に遅延線１５０−３が、それぞれ設けられている。第３のレーザレーダ４００では、これら遅延線１５０−１〜３が設けられることによって、パルス光源１１０と光導波路素子１００−１〜ｎとの各間の光の伝送距離が、異なる値とされている。
【００６５】
第３のレーザレーダ４００では、遅延線１５０−１〜３を設けることによって、パルス光源１１０からの伝送距離が短い光導波路素子１００から順次に（ここでは、光導波路素子１００−４〜１の順に）照射光を出力することができる。また、第１のレーザレーダ２００及び第２のレーザレーダ３００と同様に、屈折率制御部３４−１〜ｎを用いて位相制御することにより、対象物をｘ方向に走査する照射光を出力することができる。これによって、対象物をｙ方向に走査しつつ、ｙ方向の各位置でｘ方向にも走査することができる。このように、第３のレーザレーダ４００では、複数のパルス光源１１０を備えることなく、照射光をｘ方向及びｙ方向に掃引して対象物に照射することができる。従って、第３のレーザレーダ４００は、第２のレーザレーダ３００と同様に省電力の観点で有利である。また、パルス光源１１０は、一般的に高価であるため、複数のパルス光源１１０を要しない第３のレーザレーダ４００は、コストの観点においても有利である。
【００６６】
（受信部）
上述した第１のレーザレーダ２００、第２のレーザレーダ３００及び第３のレーザレーダ４００では、光導波路素子１００をレーザレーダの送信部に利用する構成例について説明した。しかし、光導波路素子１００は、レーザレーダの受信部に利用することもできる。
【００６７】
光導波路素子１００をレーザレーダの受信部に利用する場合には、上述した第１のレーザレーダ２００、第２のレーザレーダ３００及び第３のレーザレーダ４００のパルス光源１１０に代えて、受光素子を設けることができる。そして、第２入出力部３５から、対象物からの反射光が入力される。光の経路は可逆であるため、第２入出力部３５から入力された反射光は、各細線導波路３３−１〜ｎ及び第１入出力部３１を経て受光素子に受信される。
【００６８】
光導波路素子１００を利用する受光素子を、第１のレーザレーダ２００、第２のレーザレーダ３００及び第３のレーザレーダ４００の受信部として用いることもできる。この場合には、送信部及び受信部に設ける複数の光導波路素子１００について、送信部において照射光を出力する光導波路素子１００と、受信部において反射光を受信する光導波路素子１００とを一対一対応させる。上述したように、第１のレーザレーダ２００、第２のレーザレーダ３００及び第３のレーザレーダ４００では、対象物のｙ方向における各位置からの反射光が、時間をずらしてそれぞれ順次に受信される。従って、受信した時間によって、対象物のｙ方向におけるいずれの位置からの反射光かを識別することができる。そして、各時間で受信した反射光を合わせることによって、対象物の大きさ、形状、又は対象物との距離等を検出することができる。
【００６９】
ここで、第２のレーザレーダ３００及び第３のレーザレーダ４００の構成例を受信部に適用する場合には、受光素子を１つとすることができる。このため、例えばアバランシェ・フォトダイオード（Ａｖａｌａｎｃｈｅ  Ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ：ＡＰＤ）等の高感度であるが高価な受光素子を用いたとしても、コストを抑えることができる。
【００７０】
なお、対象物からの反射光は、パルス光源１１０からの光に比べ、強度が小さい。このため、レーザレーダの受信部に利用する場合には、光導波路素子１００から第１入出力部３１を省略して、各細線導波路３３−１〜ｎからの光を直接受光素子に入力する構成とすることもできる。
【符号の説明】
【００７１】
１０：支持基板
２０：クラッド
３０：光導波路コア
３１：第１入出力部
３２：アレイ導波路部
３３：細線導波路
３４：屈折率制御部
３５：第２入出力部
４０：電極
１００：光導波路素子
１１０：パルス光源
１２０：レンズ
１３０：接続導波路部
１４０：遮光板
２００：第１のレーザレーダ
３００：第２のレーザレーダ
４００：第３のレーザレーダ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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