(57)【要約】【課題】光ビームの面内角度を動的に調整するシステムおよび方法を提供する。【解決手段】サブアパーチャ屈折素子のアレイを使用して光ビームの面内角度を動的に調整するシステムおよび方法を提供することができる。第１列の突起を相互接続する第１の基部で光ビームを受光することができる。次いで、光ビームは第１列の突起の遠位ピークの方向に向けて屈折した光となることができる。次いで、光ビームを第１列の対応する突起に面して配列された第２列の突起の遠位ピークの方向から受光することができる。第２列は、第２列の突起を相互接続する第２の基部の方向にさらに屈折した光を提供することができる。【選択図】図１Ａ
2018180534.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
低減された回折損失を有する光ビームの角度を調整するためのサブアパーチャ屈折テーパ突起の配列を備える装置であって、
第１列の突起を相互接続する第１の基部で光を受光し、前記第１列の前記突起の遠位ピークの方向に向けて屈折した光を提供する、第１列の突起と、
前記第１列の対応する突起に面して配列された、第２列の突起の遠位ピークの方向から光を受光し、前記第２列は前記第２列の前記突起を相互接続する第２の基部の方向にさらに屈折した光を提供する、第２列の突起と、を備える、装置。
【請求項２】
前記対応する突起にそれぞれ面することは、
互いに対して鈍角をなし、それぞれの第１および第２の基部に対して傾斜している対応する傾斜した第１の面に面することと、
互いに対して整列し、それぞれの第１および第２の基部に垂直である、対応する垂直な第２の面に面することと、を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記第１列の前記サブ突起の個々の１つは、前記光ビームの対応するサブアパーチャ部分の角度を屈折的に調整し、前記光ビームの前記対応するサブビーム部分のサイズを減少させることができ、
前記第２列の前記突起の対応する個々の１つは、
前記第１列の前記サブアパーチャ屈折素子の対応する個々の１つから前記光ビームのサブアパーチャ部分を受け取ることと、
前記光ビームの前記受け取った対応するサブアパーチャ部分の角度をさらに調整することと、
前記第１列の前記サブアパーチャ屈折素子の前記個々の１つによって引き起こされる前記光ビームの前記対応するサブアパーチャ部分の前記サイズの減少を相殺することと、ができる、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記第１列の前記突起の個々の１つは、第１の向きを有する第１の屈折面を含み、前記第２列の前記突起の対応する個々の１つは、第２の向きを有する第２の屈折面を含み、前記第１の屈折面と前記第２の屈折面は同じ形状を有し、前記第１の向きは前記第２の向きとは反対である、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記第１列の前記突起の個々の１つは、前記突起の前記個々の１つの隣接する部分と近隣の突起の隣接する部分との間の光路長差は前記光ビームの波長の整数倍であるように形成される、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
連続する第１および第２列の突起を備え、連続した第１列の前記遠位ピークは対応する連続する第２列の前記遠位ピークに面する、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
導波路の長さに沿って前記光ビームを案内するように形成された導波路コアと、
前記光ビームの一部と相互作用することができる電気光学材料を含むクラッドと、
前記電気光学材料の屈折率を調整することによって前記光ビームの面内方向の角度を調整するように形成され配列された少なくとも１つの電極と、を備える、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記光ビームの隣接するサブアパーチャ部分における位相不連続性を減少させるために、前記案内された光ビームの隣接するサブアパーチャ部分間に調整可能な位相シフトを提供するように形成され配列された１列の補償電極を備えた、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
光ビームの面内方向の角度を調整するための導波路であって、
前記導波路の長さに沿って光ビームを案内するように形成された導波路コアと、
前記光ビームの一部と相互作用することができる電気光学材料を含むクラッドと、
前記電気光学材料の屈折率を調整することによって前記光ビームの面内方向の角度を調整するように形成され配列された電極と、を備え、前記電極の配列は、
第１の基部によって相互接続され、前記光ビームの対応するサブアパーチャ部分の角度を調整することができ、前記対応する電気光学材料の屈折率を調整することによって前記光ビームの前記対応するサブアパーチャ部分のサイズを減少させる第１列の突起と、
第２の基部によって相互接続され、前記光ビームの対応するサブアパーチャ部分の角度をさらに調整することができ、前記対応する電気光学材料の屈折率を調整することによって前記第１列の突起によって引き起こされた前記光ビームの前記対応するサブアパーチャ部分の前記サイズの減少を相殺する第２列の突起と、を含む、導波路。
【請求項１０】
前記第１列の前記突起の個々の１つは、第１の向きを有する第１の断面形状を含み、前記第２列の前記突起の対応する個々の１つは、第２の向きを有する第２の断面形状を含み、前記第１の断面形状と前記第２の断面形状は同じであり、前記第１の向きは前記第２の向きとは反対である、請求項９に記載の導波路。
【請求項１１】
前記第１列の突起の個々の１つと、前記第２列の前記突起の対応する個々の１つは、三角形の断面またはくさび形の断面を有する、請求項９に記載の導波路。
【請求項１２】
前記第１列の前記突起の個々の１つは、前記光ビームの角度を０度から２度の範囲の角度で調整することができる、請求項９に記載の導波路。
【請求項１３】
前記第１列の前記突起の個々の１つは、均一な出力波面を提供するためにフルステアリング電圧またはゼロ電圧が突起の前記第１列に印加されるとき、前記電気光学材料の対応する領域の隣接する部分と近隣の突起に対応する電気光学材料の対応する部分との間の光路長の差が前記光ビームの波長の整数倍であるように形成される、請求項９に記載の導波路。
【請求項１４】
前記電極の配列は、中間のステアリング電圧での前記光ビームの隣接する部分の位相不連続性を減少させるために、前記案内された光ビームの隣接するサブアパーチャ部分間に調整可能な位相シフトを提供するように形成された位相補償電極の列を含む、請求項９に記載の導波路。
【請求項１５】
低減された回折損失を有する光ビームの角度を調整するためにサブアパーチャ屈折テーパ突起の配列を使用する方法であって、
第１列の突起を相互接続する第１の基部で光を受光し、前記第１列の前記突起の遠位ピークの方向に向けて屈折した光を提供することと、
前記第１列の対応する突起に面して配列された第２列の前記突起の遠位ピークの方向から光を受光し、前記第２列を使用して、前記第２列の前記突起を相互接続する第２の基部の方向にさらに屈折した光を提供することと、を含む方法。
【請求項１６】
導波路のクラッド内の電気光学材料の対応する部分の屈折率を調整することによって前記第１列に前記基部と突起を提供するように形成された第１の電極と、前記導波路の前記クラッド内の電気光学材料の対応する部分の屈折率を調整することによって前記第２列に前記基部と突起を提供するように形成された第２の電極と、を提供することを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記光ビームの対応するサブアパーチャ部分のサイズを減少させて、前記光ビームの隣接するサブアパーチャ部分間の分離を提供するように前記第１の電極にフルステアリング電圧を印加することと、前記光ビームの対応するサブアパーチャ部分のサイズの減少を相殺して、前記光ビームの隣接するサブアパーチャ部分間の前記分離を減少させるように前記第２の電極に中間ステアリング電圧を印加することと、を含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記第１列に前記基部および突起を提供するように形成された第１の電極と、前記第２列に前記基部および突起を提供するように形成された第２の電極と、を提供すること含み、前記第１の電極と前記第２の電極とは、同じ断面形状および反対の向きを有する、請求項１５に記載の方法。
【請求項１９】
前記第１列に前記基部および突起を提供するように形成された第１の電極と、前記第２列に前記基部および突起を提供するように形成された第２の電極と、を提供すること含み、前記第１列の前記突起と前記第２列の前記突起とは、三角形の断面またはくさび形の断面を有する、請求項１５に記載の方法。
【請求項２０】
導波路のクラッド内の電気光学材料の対応する部分の屈折率を減少させることによって前記第１列に前記基部および突起を提供するように形成された第１の電極と、前記導波路の前記クラッド内の電気光学材料の対応する部分の屈折率を減少させることによって前記第２列に前記基部および突起を提供するように形成された第２の電極と、を提供することを含む、請求項１５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、光ビームをステアリングするためのシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特定の非機械的ビームステアリングシステムは、光ビームの角度を動的に調整することができる屈折素子のアレイを含む。光ビームが屈折すると、光ビームは圧縮され得て、光ビームの回折を引き起こし得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
特定のシステムでは、光ビームは、光ビームの波面の振幅または位相における空間的変動などの回折効果を被る可能性がある。そのような回折効果は、光ビームの所望の部分のパワーを低下させる可能性がある。本発明者は、とりわけ、回折損失を低減するなどの低減された回折効果を有するビームステアリングシステムの必要性を認識した。本開示のさらなる特徴は、添付の特許請求の範囲において提供され、この特徴は、本書の他の箇所に明示的に指摘されていない限り、任意の順列または組み合わせで互いに任意選択的に組み合わせられてもよい。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
一態様では、本開示は、低減された回折損失を有する光ビームの角度を調整するためのサブアパーチャ屈折テーパ突起の配列を含む装置を特徴とすることができる。装置は、第１列の突起を相互接続する第１の基部で光を受光し、第１列の突起の遠位ピークの方向に屈折した光を提供するように、突起の第１列を含むことができる。装置はまた、第１列の対応する突起に面して配列することができる第２列の突起の遠位ピークの方向から光を受光するように、第２列の突起を含むことができ、第２列は、第２列の突起を相互接続する第２の基部の方向にさらに屈折した光を提供することができる。対向する対応する突起は、互いに鈍角を形成し、第１および第２の基部に対して傾斜して相面して対応する傾斜した第１の面と、互いに整列し、それぞれの第１および第２の基部に垂直で相面して対応する垂直な第２の面をそれぞれ含むことができる。第１列のサブ突起の個々の１つは、光ビームの対応するサブアパーチャ部分の角度を屈折的に調整し、光ビームの対応するサブアパーチャ部分のサイズを減少させることができ、第２列の突起の対応する個々の１つは、第１列のサブアパーチャ屈折素子の対応する個々の１つから光ビームのサブアパーチャ部分を受光することができ、光ビームの受光した対応するサブアパーチャ部分の角度をさらに調整し、第１列のサブアパーチャ屈折素子の個々の１つによって引き起こされたような光ビームの対応するサブアパーチャ部分のサイズの減少を相殺する。第１列の突起の個々の１つは、第１の向きを有する第１の屈折面を含むことができ、第２列の突起の対応する個々の１つは、第２の向きを有する第２の屈折面を含むことができ、第１の屈折面と第２の屈折面は同じ形状を有することができ、第１の配向は第２の配向とは反対であることができる。第１列の突起および第２列の突起は、三角形の断面またはくさび形の断面を有する少なくとも１つの突起を含むことができる。屈折率および配列は、第１列の突起の個々の１つが０度から２度の範囲の角度で光ビームの角度を調整することができるようになっている。第１列の突起の個々の１つは、個々の突起の隣接する部分と近隣の突起の隣接する部分との間の光路長の差が、光ビームの波長の整数倍となることができるように形成することができる。装置はまた、連続する第１および第２列の突起を含むことができ、連続する第１列の遠位ピークは対応する連続する第２列の遠位ピークに面する。装置はまた、導波路の長さに沿って光ビームを案内するように形成された導波路コア、光ビームの一部と相互作用することができる電気光学材料を含むクラッド、および電気光学材料の屈折率を調整することによって光ビームの角度を面内方向に調整するように形成され配列された少なくとも１つの電極を含むことができる。装置はまた、光ビームの隣接するサブアパーチャ部分の位相不連続性を減少させるために、導光ビームの隣接するサブアパーチャ部分の間に調整可能な位相シフトを提供するように形成され配列された補償電極の列を含むことができる。
【０００５】
一態様では、本開示は、光ビームの面内方向の角度を調整するための導波路を特徴とすることができる。導波路は、導波路の長さに沿って光ビームを案内するような形状の導波路コアを含むことができる。導波路はまた、光ビームの一部と相互作用することができる電気光学材料を含むクラッドを含むことができる。導波路はまた、電気光学材料の屈折率を調整することによって光ビームの面内方向の角度を調整するように形成され配列された電極を含むことができ、電極の配列は、第１の基部によって相互接続され、光ビームの対応するサブアパーチャ部分の角度を調整し、対応する電気光学材料の屈折率を調整することによって光ビームの対応するサブアパーチャ部分のサイズを減らすことができる第１列の突起、および第２の基部によって相互接続され、光ビームの対応するサブアパーチャ部分の角度をさらに調整し、対応する電気光学材料の屈折率を調整することによって第１列の突起によって引き起こされる光ビームの対応するサブアパーチャ部分のサイズの減少を相殺することができる第２列の突起、を含むことができる。第１列の突起の個々の１つは、第１の向きを有する第１の断面形状を含むことができ、第２列の突起の対応する個々の１つは、第２の向きを有する第２の断面形状を含むことができ、ここで第１の断面形状と第２の断面形状は同じであることができ、第１の配向は第２の配向とは反対であることができる。第１列の突起の個々の１つ、および第２列の突起の対応する個々の１つは、三角形の断面またはくさび形の断面を有することができる。第１列の突起の個々の１つは、光ビームの角度を０度から２度の範囲の角度で調整することができる。第１列の突起の個々の１つは、一様な出力波面を提供するようにフルステアリング電圧またはゼロ電圧が第１列の突起に印加されるとき、電気光学材料の対応する領域の隣接する部分と近隣の突起に対応する電気光学材料の対応する部分との間の光路長の差が光ビームの波長の整数倍であるように形成することができる。電極の配列は、導光ビームの隣接するサブアパーチャ部分間に調整可能な位相シフトを提供するように、中間のステアリング電圧での光ビームの隣接する部分の位相不連続性を減少させるように、形成された位相補償電極の列を含むことができる。
【０００６】
一態様では、本開示は、低減された回折損失を有するように、光ビームの角度を調整するためにサブアパーチャ屈折テーパ突起の配列を使用する方法を特徴とすることができる。本方法は、第１列の突起を相互接続する第１の基部で光を受光し、第１列の突起の遠位ピークの方向に屈折した光を提供することを含むことができる。本方法はまた、第１列の対応する突起に面して配列された第２列の突起の遠位ピークの方向から光を受光し、第２列を使用して、第２列の突起を相互接続する第２の基部の方向に屈折された光をさらに提供することを含むことができる。本方法はまた、導波路のクラッドの電気光学材料の対応する部分の屈折率を調整することによって第１列に基部および突起を設けるように形成された第１の電極を提供することと、導波路のクラッドの電気光学材料の対応する部分の屈折率を調整することによって第２列に基部および突起を設けるように形成された第２の電極を提供することと、を含むことができる。本方法はまた、光ビームの対応するサブアパーチャ部分のサイズを減少させて、光ビームの隣接するサブアパーチャ部分間の分離を提供するように第１の電極にフルステアリング電圧を印加することと、光ビームの対応するサブアパーチャ部分のサイズの減少を相殺して、光ビームの隣接するサブアパーチャ部分間の分離を減少させるように第２の電極に中間ステアリング電圧を印加することと、を含むことができる。本方法はまた、第１列に基部および突起を設けるように形成された第１の電極と、第２列に基部および突起を設けるように形成された第２の電極とを提供することを含むことができ、第１の電極および第２の電極は、同じ断面形状および反対の向きを有することができる。本方法はまた、第１列に基部および突起を設けるように形成された第１の電極と、第２列に基部および突起を設けるように形成された第２の電極とを提供することを含むことができ、第１列の突起および第２列の突起は、三角形の断面またはくさび形の断面を有することができる。本方法はまた、光ビームの角度を０度から２度の範囲の角度で調整するように、第１の電極に電圧を印加することを含むことができる。本方法はまた、導波路のクラッドの電気光学材料の対応する部分の屈折率を減少させることによって第１列に基部および突起を設けるように形成された第１の電極と、導波路のクラッドの電気光学材料の対応する部分の屈折率を減少させることによって第２列に基部および突起を設けように形成された第２の電極とを提供することを含むことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
本開示は、例として、添付の図面を参照して以下に説明される。
【図１Ａ】サブアパーチャ屈折素子の配列の一例を図示する。
【図１Ｂ】サブアパーチャ屈折素子の配列内の一対のサブアパーチャ屈折素子の一例を図示する。
【図１Ｃ】サブアパーチャ屈折素子の配列の一例を図示する。
【図２Ａ】サブアパーチャ屈折素子の配列を出る光ビームの電界プロファイルを図示する。
【図２Ｂ】サブアパーチャ屈折素子の配列を出る光ビームの電界プロファイルを図示する。
【図３Ａ】サブアパーチャ屈折素子の配列を出る光ビームの回折パターンを図示する。
【図３Ｂ】サブアパーチャ屈折素子の配列を出る光ビームの回折パターンを図示する。
【図３Ｃ】電極の様々な配列に対する回折パターンの一例を図示する。
【図４】導波路の一例を図示する。
【図５Ａ】電極配列の一例を図示する。
【図５Ｂ】電極配列の動作方法を図示する。
【図６Ａ】電極配列の例を図示する。
【図６Ｂ】電極配列の例を図示する。
【図６Ｃ】電極配列の例を図示する。
【図７Ａ】電極配列の一例を図示する。
【図７Ｂ】電極配列の一例を図示する。
【図８】光ビームの角度を調整する方法を例示する。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
図１Ａは、サブアパーチャ屈折素子の配列の一例を図示する。サブアパーチャ屈折素子の配列は、サブアパーチャ屈折素子の第１列１０４と、サブアパーチャ屈折素子の第２列１０８とを含むことができる。サブアパーチャ屈折素子の第１列１０４は、第１の界面１０４ａおよび第２の界面１０４ｂを含むことができる。サブアパーチャ屈折素子の第２列は、第１の界面１０８ａおよび第２の界面１０８ｂを含むことができる。動作中、光ビーム１１２は、第１の界面１０４ａに入射し、光ビームが屈折し得る第２の界面１０４ｂに進行することができる。第２の界面１０４ｂで屈折されることに加えて、光ビーム１１２のサイズは、光ビーム１１２の方向に対する第２の界面１０４ｂの相対的な角度などにより、第２の界面１０４ｂで屈折して減少し得る。光ビーム１１２が第１列１０４のいくつかのサブアパーチャ屈折素子にわたって広がることができる例では、光ビームの各対応部分のサイズの減少は、光の波面における空間的振幅変動をもたらし、光ビームの回折を増加させる可能性がある。光ビーム１１２は、第２の界面１０４ａによって屈折された後、第１の界面１０８ａに向かって進行し、第１の界面１０８ａに入射することができる。光ビームは、第１の界面１０８ａによって屈折され、サブアパーチャ屈折素子の第２列１０８を出る前に、第２の界面１０８ｂに進行し得る。第１の界面１０８ａで屈折されることに加えて、光ビーム１１２のサイズは、光ビーム１１２の方向に対して第１の界面１０８ａの相対的な角度などにより、第１の界面１０８ａで屈折して増大し得る。光ビーム１１２が第２列１０８内のいくつかのサブアパーチャ屈折素子にわたって広がることができる例では、光ビームの各対応部分のサイズの増加は、サブアパーチャ屈折素子の第１列１０４によって引き起こされたような光ビームの各対応部分のサイズの減少に対応して相殺することができる。サブアパーチャ屈折素子の第１列１０４によって引き起こされるような、光ビームの各対応部分のサイズの減少を相殺することにより、光ビームの波面の振幅変動を小さくすることができ、回折効果を低減することができる。一例において、サブアパーチャ屈折素子の連続する列は、サブアパーチャ屈折素子の第１列１０４および第２列１０８と同様に、ビームサイズの交互の減少およびビームサイズの増加を提供しながら、光ビーム１１２のさらなる屈折を提供することができる。一例において、フルステアリング（例えば、最大電圧が屈折素子の列に印加されるとき）での光ビームの波面に平行であり得るライン１５０のような、ラインを形成することができる遠位点のセットを提供するように、屈折素子の列を位置付けることができる。
【０００９】
図１Ｂは、サブアパーチャ屈折素子１０４、サブアパーチャ屈折素子１０８、および光ビーム１１２の対応するサブアパーチャ部分の例を示す。サブアパーチャ屈折素子１０４は、テーパ突起１０６と基部１０５とを含むことができる。サブアパーチャ屈折素子１０８は、テーパ突起１０９と基部１１０とを含むことができる。一例において、基部は、テーパ突起１０６のような複数のテーパ突起にわたって延在し、それらを接続することができる。基部が複数のテーパ突起にわたって延在することができるような例では、基部の厚さは変化し得る（例えば、基部の厚さは線形の厚さプロファイルを有することができる）。テーパ突起１０６およびテーパ突起１０９は、鈍角を形成する面を含むことができる。テーパ突起１０６の面は基部１０５に対して傾斜することができ、テーパ突起１０８の面は基部１１０に対して傾斜することができる。動作中、基部１０５は、光ビーム１１２のサブアパーチャ部分を受け取ることができる。光ビーム１１２のサブアパーチャ部分は、基部１０５およびテーパ突起１０６を進行することができる。光ビーム１１２のサブアパーチャ部分は、テーパ突起の面によって屈折され、テーパ突起１０９の面に向かって進行することができる。テーパ突起１０６の面での屈折は、光ビーム１１２のサブアパーチャ部の角度（ΔΦ）に変化をもたらすことができ、加えて、光ビーム１１２のサブアパーチャ部のサイズを減ずることができる。光ビーム１１２のサブアパーチャ部分は、次に、２ΔΦの角度の全変化に対して、ΔΦの角度の追加の変化をもたらすことができるテーパ突起１０９によって屈折させることができる。テーパ突起１０９での屈折は、テーパ突起１０６での屈折に起因する光ビームのサイズの減少を相殺することができる。光ビーム１１２のサブアパーチャ部分は、その後サブアパーチャ屈折素子１０８を通って進行し、基部１１０で出ることができる。図１Ｃは、図１Ａに示す配列と同様に、サブアパーチャ屈折素子の配列の一例を図示するが、サブアパーチャ屈折素子の屈折率がサブアパーチャ屈折素子の外側の屈折率よりも小さくなることができる例において光ビーム１１２を屈折させるなどして、サブアパーチャ屈折素子が配向され得る場合を除く。
【００１０】
図２Ａは、挿入図２０８に示された配列のような、サブアパーチャ屈折素子の配列を出る光ビームの電界プロファイルの一例を図示する。挿入図２０８に示されたような配列では、サブアパーチャ屈折素子の各連続する列は入射光ビームを屈折させることができ、加えて光ビームの各サブアパーチャ部分のサイズを減ずることができる。配列を通って伝播した後、光ビームは電界振幅の空間的変化を有することができる。
【００１１】
図２Ｂは、図１Ａおよび挿入図２１８に示された配列のような、サブアパーチャ屈折素子の配列を出る光ビームの電界プロファイルの一例を図示する。配列において、図１Ａに示したように、サブアパーチャ屈折素子の各連続する列は入射光ビームをさらに屈折させることができるが、光ビームのサイズを交互に減少させ、および増加させることができる（例えば、奇数列は光ビームのサイズを減少させ、偶数列は光ビームのサイズの増大をもたらすことができる）。
【００１２】
図３Ａは、挿入図２０８内に示される「レーストラック」配列のような、サブアパーチャ屈折素子の配列を出る光ビームの回折パターンを図示する。サブアパーチャ屈折素子の配列は１２列の６０°プリズムを含むことができ、各々は４７９ミクロンの基部幅を有し、波長１．５５ミクロンの光ビームのウエストは０．５ｍｍとすることができる。配列の全長は、約１３ｍｍとすることができる。屈折素子の屈折率は１．９とすることができ、屈折素子の外側の屈折率は１．８８とすることができる。配列の視野は２５°になり、内部反射によるフレネル損失は０．６０％に制限することができる。回折パターンは、主ピーク３０９およびいくつかの二次ピーク３１０を含むことができる。図３Ａに示す例では、光ビームのパワーの約３１％が二次ピーク３１０に含まれることができる。
【００１３】
図３Ｂは、挿入図２１８に示される「顎」配列のようなサブアパーチャ屈折素子の配列を出る光ビームの最悪ケースの回折パターンを図示する。サブアパーチャ屈折素子の配列は、１２列の６０°プリズムを含むことができ、各々は４７９ミクロンの基部幅を有し、光ビームのウエストは０．５ｍｍとすることができる。配列の全長は、約１３ｍｍとすることができる。屈折素子の屈折率は１．９とすることができ、屈折素子の外側の屈折率は１．８８とすることができる。配列の視野は２５°になり、内部反射によるフレネル損失は０．６０％に制限することができる。最悪ケースの回折パターンは、プリズムの最終列が非アクティブであるときに、例えば、プリズムの第１列がフルステアリングであり、残りのプリズム列はすべて非アクティブであり得るときに、あるいは別の例では、プリズムの最初の３列がフルステアリングであり、残りのプリズム列はすべて非アクティブであり得るときに、発生する可能性がある。最悪ケースの回折パターンは、主ピーク３１９およびいくつかの二次ピーク３２０を含むことができる。図３Ａに示す例では、光ビームのパワーの約３％が二次ピーク３２０に含まれることができる。
【００１４】
図３Ｃは、図３Ａおよび挿入図２０８に示されるような電極の「レーストラック」配列、および図３Ｂおよび挿入図２１８に示されるような「顎」配列に対する回折パターンの例を図示する。図３Ｃに示す例において、「レーストラック」配列における回折ピークは電極の数が増加すると着実に増加するが、「顎」配列における最悪ケースの回折ピークは電極の数とは無関係に同じままである。
【００１５】
図４は、導波路４００の断面図の一例を図示する。導波路は、コア４０４、上部クラッド４０８、下部クラッド４１２、および電極配列４１６を含むことができる。上部クラッド４０８は、液晶材料を含むことができる。液晶材料は、調整可能な屈折率を有することができる。電極配列４１６は、図１Ａに示すパターンのようなパターンを含むことができる。動作中、光ビーム４２０は、導波路コアを通って案内することができる。上部クラッド４０８の屈折率を調整するように、１セットの電圧を電極配列４１６に印加することができる。電極配列４１６が図１Ａに示すようなパターンを含むことができる例では、電極配列４１６に印加される電圧の増加は、上部クラッド４０８に屈折率の増加をもたらすことができる。電極配列４１６が図１Ｃに示すようなパターンを含むことができる例では、液晶材料は垂直配向型液晶材料を含むことができ、電極配列４１６に印加される電圧の増加は、上部クラッド４０８に減少した屈折率を提供することができる。印加された電圧に応答して、屈折形状のパターンを上部クラッドに形成することができ、屈折形状のパターンは電極配列４１６の形状と同じである。電極配列４１６が図１Ａに示すようなパターンを含む例では、上部クラッド４０８に形成される屈折形状は、図１Ａに示すパターンを含むことができる。上部クラッド４０８に形成される屈折形状は、図１Ａに示す配列によって提供される光ビーム角度の調整と同様に、光ビーム４２０の角度の調整を提供することができる。光ビーム４２０の角度は、導波路の面内方向（例えば、図４に示すようにページ内にあるいはページから外に）で調整することができる。一例では、導波路は平板導波路とすることができる。
【００１６】
図５Ａは、図４に示す電極配列４１６のような電極配列５００の例を示す。電極配列は、位相補償電極５４０、第１列の電極５４１、第２列の電極５４２、第３列の電極５４３、および第４列の電極５４４を含むことができる。各電極５４０〜５４４は、独立して制御することができる。動作中、ステアリング電圧（Ｖ１）は、図５Ｂに図示するように第１列の電極５４１に印加することができる。印加されたステアリング電圧Ｖ１は、図４に示した上部クラッド４０８のようなクラッドの屈折率を調整することができる。印加されたステアリング電圧Ｖ１は、対応する第１列の屈折形状をクラッド内に形成させることができ、クラッド内の第１列の屈折形状は、導波路を通って進行する光ビーム４２０など、導波路４００を通って進行する光ビームの角度の調整を提供することができる。第１列の屈折形状はまた、光ビームの各サブアパーチャ部分のサイズに減少をもたらすことができる。光ビームの角度の調整は、ステアリング電圧Ｖ１の値がゼロから中間ステアリング値の範囲まで増加するにつれて増加することができ、フルステアリングでは、ステアリング電圧Ｖ１は、第１列の電極によって引き起こされる光ビームの角度の最大調整に対応する最大値を有することができる。最大電圧の値は１００Ｖとすることができ、第１列の電極によって引き起こされる光ビームの角度の対応する最大調整は１度とすることができる。一例において、最大電圧を１００Ｖとすることができ、第１列の電極によって引き起こされる光ビームの角度の対応する最大調整は、０度から１０度の範囲内であることができる。ステアリング電圧Ｖ１の最大値は、光ビームの各サブアパーチャ部分が第２列の屈折形状内の対応する屈折形状に入射できるように、光ビームの調整された角度に対応することができる。ステアリング電圧Ｖ１の最大値を超える電圧では、光ビームの各サブアパーチャ部分は、光ビームの損失につながり得るような、第２列の屈折形状内の１つ以上の屈折形状に入射し得る。
【００１７】
図５Ｂに示すように、電圧位相補償電圧Ｖ補償を、第１列の屈折形状の隣接する部分間の異なる光路長によって引き起こされるような光ビームの空間的な位相不連続性を低減するように、ステアリング電圧Ｖ１の印加中に位相補償電極５４０に印加することができる。印加されるステアリング電圧Ｖ１の値が増加するほど、位相補償電圧Ｖ補償を大きくすることができる。第１列の電極は、ステアリング電圧Ｖ１がゼロボルトまたは最大電圧にあるとき光ビームの空間的位相不連続性が低減され得るような、印加される位相補償電圧Ｖ補償がゼロに設定され得るような、形状およびサイズにすることができる。例えば、第１列の個々の屈折形状のサイズおよび形状は、個々の屈折形状の一部分と隣接する個々の屈折形状の対応する部分との間の光路長差を提供することができ、光が均一な出力波面で各個々の屈折形状を出ることを可能にするように、それは第１列に印加される電圧がほぼゼロボルトまたは最大電圧であるとき光ビームの波長の整数倍であることができる。
【００１８】
光ビームの角度をさらに調整するために、対応する第２列の屈折形状をクラッド内に形成させるようにステアリング電圧Ｖ２を第２列の電極５４２に印加することができる。第２列の屈折形状は、光ビームの角度をさらに調整することができ、加えて光ビームの各サブアパーチャ部のサイズを増加させることができる。ステアリング電圧Ｖ１は、ステアリング電圧Ｖ２の印加中は最大値に保持することができる。光ビームの角度の調整は、ステアリング電圧Ｖ２の値がゼロから中間ステアリング値の範囲まで増加するにつれて増加することができ、フルステアリングでは、ステアリング電圧Ｖ２は、第２列の電極によって引き起こされる光ビームの角度の最大調整に対応する最大値を有することができる。最大電圧の値は１００Ｖとすることができ、第２列の電極によって引き起こされる光ビームの角度の対応する最大調整は１度とすることができる。一例では、最大電圧を１００Ｖとすることができ、第１列の電極によって引き起こされる光ビームの角度の対応する最大調整は、０度から１０度の範囲内にあることができる。ステアリング電圧Ｖ２の最大値は、光ビームの各サブアパーチャ部分が第３列の屈折形状内の対応する屈折形状に入射できるように、光ビームの調整された角度に対応することができる。ステアリング電圧Ｖ２の最大値を超える電圧では、光ビームの各サブアパーチャ部分は、光ビームの損失につながり得るような、第３列の屈折形状内の１つ以上の屈折形状に入射し得る。
【００１９】
図５Ｂに図示するように、電圧位相補償電圧Ｖ補償は、第２列の屈折形状の隣接する部分間の異なる光路長によって引き起こされるような光ビームの空間的位相不連続性を低減するように、ステアリング電圧Ｖ２の印加中に位相補償電極５４０に印加することができる。印加されるステアリング電圧Ｖ２の値が大きくなるほど、位相補償電圧Ｖ補償を大きくすることができる。第２列の電極は、ステアリング電圧Ｖ２が最大電圧にあるときに、光ビームの空間的位相不連続性が低減され、印加される位相補償電圧Ｖ補償がゼロに設定され得るような形状にすることができる。例えば、第２列の個々の屈折形状のサイズおよび形状は、個々の屈折形状の一部分と隣接する個々の屈折形状の対応する部分との間の光路長差を提供することができ、光が均一な出力波面で各個々の屈折形状を出ることを可能にするように、それは第２列に印加される電圧がほぼゼロボルトまたは最大電圧であるとき光ビームの波長の整数倍であることができる。
【００２０】
光ビームの角度をさらに調整するために、対応する第３列の屈折形状をクラッド内に形成させるようにステアリング電圧Ｖ３を第３列の電極５４３に印加することができる。第３列の屈折形状は、光ビームの角度をさらに調整することができ、加えて光ビームの各サブアパーチャ部のサイズを減少させることができる。ステアリング電圧Ｖ１およびステアリング電圧Ｖ２は、ステアリング電圧Ｖ３の印加中はそれらのそれぞれ最大値に保持することができる。光ビームの角度の調整は、ステアリング電圧Ｖ３の値がゼロから中間ステアリング値の範囲まで増加するにつれて増加することができ、フルステアリングでは、ステアリング電圧Ｖ３は、第３列の電極によって引き起こされる光ビームの角度の最大調整に対応する最大値を有することができる。最大電圧の値は１００Ｖとすることができ、第３列の電極によって引き起こされる光ビームの角度の対応する最大調整は１度とすることができる。一例では、最大電圧を１００Ｖとすることができ、第１列の電極によって引き起こされる光ビームの角度の対応する最大調整は、０度から１０度の範囲内にあることができる。ステアリング電圧Ｖ３の最大値は、光ビームの各サブアパーチャ部分が第４列の屈折形状内の対応する屈折形状に入射できるように、光ビームの調整された角度に対応することができる。ステアリング電圧Ｖ３の最大値を超える電圧では、光ビームの各サブアパーチャ部分は、光ビームの損失につながり得るような、第４列の屈折形状内の１つ以上の屈折形状に入射し得る。
【００２１】
図５Ｂに図示するように、電圧位相補償電圧Ｖ補償は、第３列の屈折形状の隣接する部分間の異なる光路長によって引き起こされるような光ビームの空間的位相不連続性を低減するように、ステアリング電圧Ｖ３の印加中に位相補償電極５４０に印加することができる。印加されるステアリング電圧Ｖ３の値が大きくなるほど、位相補償電圧Ｖ補償を大きくすることができる。第３列の電極は、ステアリング電圧Ｖ３が最大電圧にあるときに、光ビームの空間的位相不連続性が低減され、印加される位相補償電圧Ｖ補償がゼロに設定され得るような形状にすることができる。例えば、第３列の個々の屈折形状のサイズおよび形状は、個々の屈折形状の一部分と隣接する個々の屈折形状の対応する部分との間の光路長差を提供することができ、光が均一な出力波面で各個々の屈折形状を出ることを可能にするように、それは第３列に印加される電圧がほぼゼロボルトまたは最大電圧であるとき光ビームの波長の整数倍であることができる。
【００２２】
光ビームの角度をさらに調整するために、対応する第４列の屈折形状をクラッド内に形成させるようにステアリング電圧Ｖ４を第４列の電極５４４に印加することができる。第４列の屈折形状は、光ビームの角度をさらに調整することができ、加えて光ビームの各サブアパーチャ部のサイズを増加させることができる。ステアリング電圧Ｖ１、ステアリング電圧Ｖ２、およびステアリング電圧Ｖ３は、ステアリング電圧Ｖ４の印加中はそれらのそれぞれ最大値に保持することができる。光ビームの角度の調整は、ステアリング電圧Ｖ４の値がゼロから中間ステアリング値の範囲まで増加するにつれて増加することができ、フルステアリングでは、ステアリング電圧Ｖ４は、第４列の電極によって引き起こされる光ビームの角度の最大調整に対応する最大値を有することができる。最大電圧の値は１００Ｖとすることができ、第４列の電極によって引き起こされる光ビームの角度の対応する最大調整は１度とすることができる。一例では、最大電圧を１００Ｖとすることができ、第１列の電極によって引き起こされる光ビームの角度の対応する最大調整は、０度から１０度の範囲内にあることができる。
【００２３】
図５Ｂに図示するように、電圧位相補償電圧Ｖ補償は、第４列の屈折形状の隣接する部分間の異なる光路長によって引き起こされるような光ビームの空間的位相不連続性を低減するように、ステアリング電圧Ｖ４の印加中に位相補償電極５４０に印加することができる。印加されるステアリング電圧Ｖ４の値が大きくなるほど、位相補償電圧Ｖ補償を大きくすることができる。第４列の電極は、ステアリング電圧Ｖ４が最大電圧にあるときに、光ビームの空間的位相不連続性が低減され、印加される位相補償電圧Ｖ補償がゼロに設定され得るような形状にすることができる。例えば、第４列の個々の屈折形状のサイズおよび形状は、個々の屈折形状の一部分と隣接する個々の屈折形状の対応する部分との間の光路長差を提供することができ、光が均一な出力波面で各個々の屈折形状を出ることを可能にするように、それは第４列に印加される電圧がほぼゼロボルトまたは最大電圧であるとき光ビームの波長の整数倍であることができる。
【００２４】
図６Ａ〜６Ｃは、図４に示す電極配列４１６のような電極配列の例を図示する。図６Ａ〜６Ｃに示す電極配列は、図５Ａに示す電極５４１〜５４４と同様の形状の連続した列を含むことができる。電極配列は、図１Ｂに示すサブアパーチャ屈折素子と同様の形状の一連の交互の列電極６１０を含むことができる。図６Ａに示す例では、列電極６１０は、導波路４００の上部クラッド４０８のような導波路のクラッドに屈折形状を設けないように、電気的に接地することができる。列電極が電気的に接地されている例では、ある角度で導波路に入る光ビーム６２０は、同じ角度で導波路から出ることができる。図６Ｂに示す例では、導波路４００の上部クラッド４０８のような導波路のクラッド内に対応する屈折形状を提供するように、列電極６１０の最初の半分の列電極のそれぞれに最大電圧を印加することができ、残りの行電極を電気的に接地することができる。列電極の最初の半分に最大電圧を印加し、残りの列電極を電気的に接地することができる例では、導波路に入る光ビーム６２０は、入射角に対して１０度までの角度で導波路を出ることができる。図６Ｃに示す例では、導波路４００の上部クラッド４０８のような導波路のクラッド内に対応する屈折形状を提供するように、最大電圧を列電極６１０の各々に印加することができる。最大電圧をすべての列電極に印加することのできる例では、ある角度で導波路に入る光ビーム６２０は、入射角に対して２０度までの角度で導波路を出ることができる。
【００２５】
図７Ａおよび図７Ｂは、光ビームをステアリングするように構成された導波路の一例を図示する。図７Ａおよび図７Ｂに示す例では、導波路は、アウトカップリング電極７０４、電極配列７０８、補償電極７１２、およびインカップリング領域７１６を含むことができる。電極配列７０８は、接続パッド７０９およびプリズム列７１０を含むことができる。図７Ａおよび７Ｂに図示する例では、９９度の光ビームのステアリング範囲を提供することができる６２のプリズム列が存在することができる。接続パッド７０９は、少なくとも１つの電圧源からプリズム列７１０への接続を提供することができる。図７Ａおよび７Ｂに図示する電極配列７０８は、図６Ａ〜６Ｃに示す電極配列と同様に動作することができる。図７Ａおよび図７Ｂに図示する例では、プリズム列７１０は、導波路のクラッド内に対応する屈折形状を提供することができる。光ビームの波長は１．５５ミクロンとすることができる。対応する屈折形状は、ゼロボルトから最大電圧までの印加電圧範囲に対応して１．７４５３〜１．７７０３の範囲の屈折率を有することができる。プリズム列７１０は４５度のプリズムを含むことができ、プリズム列７１０内の個々のプリズムの幅は１２１ミクロンとすることができる。プリズム列内の個々のプリズムの幅は、光ビーム内の空間的位相不連続性を低減するように選択することができる。例えば、隣接する個々のプリズムの対応する部分間に光ビームの波長の整数倍の光路長差を提供するように、プリズム列における個々のプリズムのサイズを選択することができる。図７Ａおよび図７Ｂに図示する導波路は、１．５５ミクロンの波長を有する光ビームをステアリングするように最適化することができる。導波路の入射口は２．８ｍｍ、導波路の長さは５ｃｍ、導波路の幅は２ｃｍ、そしてインカップリング領域７１６の長さは１ｃｍとすることができる。
【００２６】
図８は、図１Ａに図示するようなサブアパーチャ屈折素子の配列を用いることなどにより、回折損失が低減された光ビームの角度を調整する方法を例示する。第１列の突起を相互接続する第１の基部が光を受光することができる（ステップ８１０）。受光された光は、第１列の突起の遠位ピークの方向に向けて提供することができる。遠位ピークを出ると、光は第２列の相互接続突起に向かって屈折することができる（ステップ８２０）。その光は第２列の相互接続突起によって受け取ることができる（ステップ８３０）。第２列の相互接続突起に入ると、第２列の突起を相互接続する第２の基部の方向に光をさらに屈折させることができる（ステップ８４０）。一例では、第１の電極を設けることができ、ここで第１の電極は、導波路４００のような導波路のクラッド内の電気光学材料の対応する部分の屈折率を調整することによって、第１列に基部および突起を提供するように形成することができる。第２の電極を設けることができ、ここで第２の電極は、導波路４００のような導波路のクラッド内の電気光学材料の対応する部分の屈折率を調整することによって、第２列に基部および突起を提供するように形成することができる。一例では、対応する光ビームのサブアパーチャ部分のサイズを減少させ、光ビームの隣接するサブアパーチャ部分間の分離を提供するためにフルステアリング電圧を第１の電極に印加することができる。光ビームの対応するサブアパーチャ部分のサイズの減少を相殺し、光ビームの隣接するサブアパーチャ部分間の分離を低減するために中間のステアリング電圧（例えば、０より大きいが最大ステアリング電圧未満の電圧）を第２の電極に印加することができる。第１の電極および第２の電極は、同じ断面形状および反対の向きを有することができる。
【符号の説明】
【００２７】
１０４  サブアパーチャ屈折素子
１０５  基部
１０６  テーパ突起
１０８  サブアパーチャ屈折素子
１０９  テーパ突起
１１０  基部
１１２  光ビーム
４００  導波路
４０４  コア
４０８  上部クラッド
４１２  下部クラッド
４１６  電極配列
４２０  光ビーム
５４０  電極
５４１  電極
５４２  電極
５４３  電極
５４４  電極
６１０  列電極
６２０  光ビーム
【図１Ａ】
2018180534.tif 000003
【図１Ｂ】
2018180534.tif 000004
【図１Ｃ】
2018180534.tif 000005
【図２Ａ】
2018180534.tif 000006
【図２Ｂ】
2018180534.tif 000007
【図３Ａ】
2018180534.tif 000008
【図３Ｂ】
2018180534.tif 000009
【図３Ｃ】
2018180534.tif 000010
【図４】
2018180534.tif 000011
【図５Ａ】
2018180534.tif 000012
【図５Ｂ】
2018180534.tif 000013
【図６Ａ】
2018180534.tif 000014
【図６Ｂ】
2018180534.tif 000015
【図６Ｃ】
2018180534.tif 000016
【図７Ａ】
2018180534.tif 000017
【図７Ｂ】
2018180534.tif 000018
【図８】
2018180534.tif 000019
【外国語明細書】
2018180534000001.pdf