(57)【要約】光フェーズドアレイ（１００）と光フェーズドアレイ（１００）を用いて光ビームを形成する方法（２００）が開示されている。光フェーズドアレイ（１００）は、出力光ビームを生成するための光ヘッド（１１６）と、スペクトル拡散変調モジュール（１１２）と、スペクトル拡散変調された光ビームの位相を制御するためのモジュール（１１４）を備える。光ヘッド（１１６）は、その光ヘッド（１１６）内に基準面を有するとともに、複数のサブアパーチャ（１３０）を含み、各サブアパーチャはそれぞれ１つの光ビームを受ける。基準面（１１６）は後方反射光信号（１２６）を生成する。スペクトル拡散変調モジュール（１１２）は、光ビームの各々を変調して、それぞれの変調された光ビームを分離するためのスペクトル拡散信号をもつ。その変調された光ビームは光ヘッド（１１６）へ提供される。スペクトル拡散変調された光ビームの位相を制御するためのモジュール（１１４）は、後方反射光信号（１２６）とスペクトル拡散変調に依存している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光フェーズドアレイであって、
出力光ビームを生成するための光ヘッドを備え、上記光ヘッドは、その光ヘッド内に基準面を有するとともに、複数のサブアパーチャを含み、各サブアパーチャはそれぞれ１つの光ビームを受け、上記基準面は後方反射光信号を生成し、
複数の光ビームの各々を変調して、それぞれの変調された光ビームを分離するためのスペクトル拡散信号をもつスペクトル拡散変調モジュールを備え、上記変調された光ビームは上記光ヘッドへ提供され、
上記後方反射光信号と上記スペクトル拡散変調に依存して、上記スペクトル拡散変調された光ビームの位相を制御する手段を備えた光フェーズドアレイ。
【請求項２】
請求項１に記載の光フェーズドアレイにおいて、
上記制御する手段は、上記後方反射光信号と上記スペクトル拡散変調に依存して、各スペクトル拡散変調された光ビームの光路長を調製する位相補正モジュールであることを特徴とする光フェーズドアレイ。
【請求項３】
請求項１に記載の光フェーズドアレイにおいて、
高パワービーム形成のための複数のレーザを備え、
上記制御する手段は、各レーザの位相を直接制御することを特徴とする光フェーズドアレイ。
【請求項４】
請求項３に記載の光フェーズドアレイにおいて、
上記各レーザの位相は、上記レーザの周波数を変えることによって直接制御されることを特徴とする光フェーズドアレイ。
【請求項５】
請求項１に記載の光フェーズドアレイにおいて、
上記制御された、スペクトル拡散変調された光ビームは、上記出力光ビームの制御を行うためのフィードバック機構内で用いられることを特徴とする光フェーズドアレイ。
【請求項６】
請求項１に記載の光フェーズドアレイにおいて、
上記出力光ビームは高パワー光ビームであることを特徴とする光フェーズドアレイ。
【請求項７】
請求項１に記載の光フェーズドアレイにおいて、
少なくとも２つの上記スペクトル拡散変調された光ビームの位相は、上記後方反射光信号と上記スペクトル拡散変調に依存して、独立に制御されることを特徴とする光フェーズドアレイ。
【請求項８】
請求項１に記載の光フェーズドアレイにおいて、
上記スペクトル拡散変調モジュールは、このスペクトル拡散変調モジュールに対する各光ビームの入力を固有のコードで変調して、一意的に識別される光ビームを生成することを特徴とする光フェーズドアレイ。
【請求項９】
請求項１に記載の光フェーズドアレイにおいて、
上記スペクトル拡散変調モジュールは、各光ビームの入力を単一の共通のコードで変調して、各サブアパーチャからの信号を分離し、
各サブアパーチャの信号は異なる遅延を有することを特徴とする光フェーズドアレイ。
【請求項１０】
請求項８または９に記載の光フェーズドアレイにおいて、
上記スペクトル拡散変調モジュールに対して入力される複数の光ビームを生成する複数の光源を備えたことを特徴とする光フェーズドアレイ。
【請求項１１】
請求項１に記載の光フェーズドアレイにおいて、
上記後方反射光信号に依存して位相情報を導出して、位相補正信号を提供するデジタル信号処理システムを備えたことを特徴とする光フェーズドアレイ。
【請求項１２】
請求項１１に記載の光フェーズドアレイにおいて、
上記位相情報は、各サブアパーチャの位相シフトへのフィードバックに用いられて、遠視野での上記出力光ビームの所望のビーム操縦／ビーム形成を与えることを特徴とする光フェーズドアレイ。
【請求項１３】
請求項１１に記載の光フェーズドアレイにおいて、
上記デジタル信号処理システムは、スペクトル拡散デコード技術を利用して、上記後方反射光信号における各サブアパーチャからの信号の位相を測定することを特徴とする光フェーズドアレイ。
【請求項１４】
請求項１または１１に記載の光フェーズドアレイにおいて、
上記後方反射光信号に依存してデジタル信号を生成する光検出器を備えたことを特徴とする光フェーズドアレイ。
【請求項１５】
請求項１または１１に記載の光フェーズドアレイにおいて、
上記光検出器上で上記後方反射光信号に干渉し、かつ上記光検出器から得られた信号をデジタル化する干渉及び光検出モジュールを備えたことを特徴とする光フェーズドアレイ。
【請求項１６】
光フェーズドアレイを用いて光ビームを形成する方法であって、
スペクトル拡散変調モジュールを用いて、複数の光ビームの各々を変調して、それぞれの変調された光ビームを分離するためのスペクトル拡散信号をもち、
光ヘッドを用いて、上記スペクトル拡散変調された複数の光ビームから出力光ビームを生成し、上記光ヘッドは、その光ヘッド内に基準面を有するとともに、複数のサブアパーチャを含み、各サブアパーチャは上記スペクトル拡散変調された光ビームのそれぞれ１つを受け、上記基準面は後方反射光信号を生成し、
上記後方反射光信号と上記スペクトル拡散変調に依存して、上記スペクトル拡散変調された光ビームの位相を制御する方法。
【請求項１７】
請求項１６に記載の方法において、
上記制御するステップは、上記後方反射光信号と上記スペクトル拡散変調に依存して、各スペクトル拡散変調された光ビームの光路長を調整する位相補正モジュールを用いて実行されることを特徴とする方法。
【請求項１８】
請求項１６に記載の方法において、
高パワービーム形成のための複数のレーザを用い、
上記制御するステップは、各レーザの位相を直接制御することを特徴とする方法。
【請求項１９】
請求項１８に記載の方法において、
上記各レーザの位相は、上記レーザの周波数を変えることによって直接制御されることを特徴とする方法。
【請求項２０】
請求項１６に記載の方法において、
上記制御された、スペクトル拡散変調された光ビームは、上記出力光ビームの制御を行うためのフィードバック機構内で用いられることを特徴とする光フェーズドアレイ。
【請求項２１】
請求項１６に記載の方法において、
上記出力光ビームは高パワー光ビームであることを特徴とする方法。
【請求項２２】
請求項１６に記載の方法において、
少なくとも２つの上記スペクトル拡散変調された光ビームの位相は、上記後方反射光信号と上記スペクトル拡散変調に依存して、独立に制御されることを特徴とする方法。
【請求項２３】
請求項１６に記載の方法において、
上記変調するステップは、各光ビームを固有のコードで変調して、一意的に識別される光ビームを生成することを特徴とする方法。
【請求項２４】
請求項１６に記載の方法において、
上記変調するステップは、各光ビームの入力を単一の共通のコードで変調して、各サブアパーチャからの信号を分離し、
各サブアパーチャの信号は異なる遅延を有することを特徴とする方法。
【請求項２５】
請求項２３または２４に記載の方法において、
スペクトル拡散変調モジュールに対して入力される複数の光ビームを生成する複数の光源を備えたことを特徴とする方法。
【請求項２６】
請求項１６に記載の方法において、
デジタル信号処理システムを用いて、上記後方反射光信号に依存して位相情報を導出して、位相補正信号を提供することを特徴とする方法。
【請求項２７】
請求項２６に記載の方法において、
上記位相情報は、各サブアパーチャの位相シフトへのフィードバックに用いられて、遠視野での上記出力光ビームの所望のビーム操縦／ビーム形成を与えることを特徴とする方法。
【請求項２８】
請求項２６に記載の方法において、
上記デジタル信号処理システムは、スペクトル拡散デコード技術を利用して、上記後方反射光信号における各サブアパーチャからの信号の位相を個々に分離して測定することを特徴とする方法。
【請求項２９】
請求項１６または２６に記載の方法において、
上記後方反射光信号に依存してデジタル信号を生成することを特徴とする方法。
【請求項３０】
請求項１６または２６に記載の方法において、
光検出器上で上記後方反射光信号に干渉し、かつ上記光検出器から得られた信号をデジタル化することを特徴とする光フェーズドアレイ。
【発明の詳細な説明】
【関連出願】
【０００１】
本出願は、米国３５ＵＳＣ§１１９下での目的のために、オーストラリア国立大学（The Australian National University）の名義で２０１２年１月４日に提出されたオーストラリア仮特許出願Ｎｏ．２０１２９０００３４の早い出願日に対する権利を与えられている。その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【技術分野】
【０００２】
本発明は、概して光源に関し、より詳しくは光ビーム操縦（steering）システムに関する。
【背景技術】
【０００３】
フェーズドアレイは、電磁界の伝播方向と見かけのソース源を制御する機構として、無線周波数（ＲＦ）工学の分野でよく知られている。電磁（ＥＭ）スペクトルのＲＦ帯域を超えてこの技術を拡張することは、ＥＭ放射の周波数が増加するので、難しくなる。これは、放射線の位相を制御する能力は、波長が小さく、周波数が増加するにつれて、ますます困難になるからである。
【０００４】
光周波数、電磁（ＥＭ）放射の位相を制御するための方法は、知られている。しかしながら、このような光ビーム形成装置はすべて、出力ビーム経路に配置されたフィードバック制御機構なしでは、機能しない。出力ビームにこのようなフィードバック制御機構を配置することは、熱および他のソースに起因する光ビーム形成装置の光路長（ＯＰＬ）の不可避の変化を測定・調整するために必要とされてきた。不都合なことに、出力ビーム内にこのようなフィードバック制御機構を配置することは、出力エネルギの一部を意図された目的地から必然的に分岐させる。さらに、センサの位置は、光ビーム形成装置の外部にあることが要求される。
【発明の概要】
【０００５】
本発明の一局面では、光フェーズドアレイであって、
出力光ビームを生成するための光ヘッドを備え、上記光ヘッドは、その光ヘッド内に基準面を有するとともに、複数のサブアパーチャを含み、各サブアパーチャはそれぞれ１つの光ビームを受け、上記基準面は後方反射光信号を生成し、
複数の光ビームの各々を変調して、それぞれの変調された光ビームを分離するためのスペクトル拡散信号をもつスペクトル拡散変調モジュールを備え、上記変調された光ビームは上記光ヘッドへ提供され、
上記後方反射光信号と上記スペクトル拡散変調に依存して、上記スペクトル拡散変調された光ビームの位相を制御する手段を備えた光フェーズドアレイが提供される。
【０００６】
上記制御する手段は、上記後方反射光信号と上記スペクトル拡散変調に依存して、各スペクトル拡散変調された光ビームの光路長を調製する位相補正モジュールであってもよい。
【０００７】
上記光フェーズドアレイは、高パワービーム形成のための複数のレーザを備え、上記制御する手段は、各レーザの位相を直接制御してもよい。
【０００８】
上記各レーザの位相は、上記レーザの周波数を変えることによって直接制御されてもよい。
【０００９】
上記制御された、スペクトル拡散変調された光ビームは、上記出力光ビームの制御を行うためのフィードバック機構内で用いられる。
【００１０】
上記出力光ビームは高パワー光ビームである。
【００１１】
少なくとも２つの上記スペクトル拡散変調された光ビームの位相は、上記後方反射光信号と上記スペクトル拡散変調に依存して、独立に制御される。それに代えて、上記スペクトル拡散変調モジュールは、このスペクトル拡散変調モジュールに対して入力される各光ビームを固有のコードで変調して、一意的に識別される光ビームを生成してもよい。
【００１２】
上記スペクトル拡散変調モジュールは、各光ビームの入力を単一の共通のコードで変調して、各サブアパーチャからの信号を分離し、各サブアパーチャの信号は異なる遅延を有してもよい。上記光フェーズドアレイは、上記スペクトル拡散変調モジュールに対して入力される複数の光ビームを生成する複数の光源を備えてもよい。
【００１３】
上記光フェーズドアレイは、上記後方反射光信号に依存して位相情報を導出して、位相補正信号を提供するデジタル信号処理システムを備えてもよい。上記位相情報は、各サブアパーチャの位相シフトへのフィードバックに用いられて、遠視野での上記出力光ビームの所望のビーム操縦／ビーム形成を与えてもよい。上記デジタル信号処理システムは、スペクトル拡散デコード技術を利用して、上記後方反射光信号における各サブアパーチャからの信号の位相を個々に分離して測定してもよい。
【００１４】
上記光フェーズドアレイは、上記後方反射光信号に依存してデジタル信号を生成する光検出器を備えてもよい。
【００１５】
上記光フェーズドアレイは、上記光検出器上で上記後方反射光信号に干渉し、かつ上記光検出器から得られた信号をデジタル化する干渉及び光検出モジュールを備えてもよい。
【００１６】
本発明のさらなる局面では、光フェーズドアレイを用いて光ビームを形成する方法が提供される。その方法は、
スペクトル拡散変調モジュールを用いて、複数の光ビームの各々を変調して、それぞれの変調された光ビームを分離するためのスペクトル拡散信号をもち、
光ヘッドを用いて、上記スペクトル拡散変調された複数の光ビームから出力光ビームを生成し、上記光ヘッドは、その光ヘッド内に基準面を有するとともに、複数のサブアパーチャを含み、各サブアパーチャは上記スペクトル拡散変調された光ビームのそれぞれ１つを受け、上記基準面は後方反射光信号を生成し、
上記後方反射光信号と上記スペクトル拡散変調に依存して、上記スペクトル拡散変調された光ビームの位相を制御する。
【００１７】
上記制御するステップは、上記後方反射光信号と上記スペクトル拡散変調に依存して、各スペクトル拡散変調された光ビームの光路長を調整する位相補正モジュールを用いて実行されてもよい。
【００１８】
上記方法は、高パワービーム形成のための複数のレーザを用い、上記制御するステップは、各レーザの位相を直接制御してもよい。
【００１９】
上記各レーザの位相は、上記レーザの周波数を変えることによって直接制御されてもよい。
【００２０】
上記制御された、スペクトル拡散変調された光ビームは、上記出力光ビームの制御を行うためのフィードバック機構内で用いられてもよい。
【００２１】
上記出力光ビームは高パワー光ビームである。
【００２２】
少なくとも２つの上記スペクトル拡散変調された光ビームの位相は、上記後方反射光信号と上記スペクトル拡散変調に依存して、独立に制御されてもよい。
【００２３】
上記変調するステップは、各光ビームを固有のコードで変調して、一意的に識別される光ビームを生成してもよい。それに代えて、上記変調するステップは、各光ビームの入力を単一の共通のコードで変調して、各サブアパーチャからの信号を分離し、各サブアパーチャの信号は異なる遅延を有してもよい。上記方法は、スペクトル拡散変調モジュールに対して入力される複数の光ビームを生成する複数の光源を備えてもよい。
【００２４】
上記方法は、デジタル信号処理システムを用いて、上記後方反射光信号に依存して位相情報を導出して、位相補正信号を提供してもよい。
【００２５】
上記位相情報は、各サブアパーチャの位相シフトへのフィードバックに用いられて、遠視野での上記出力光ビームの所望のビーム操縦／ビーム形成を与える。
【００２６】
上記デジタル信号処理システムは、スペクトル拡散デコード技術を利用して、上記後方反射光信号における各サブアパーチャからの信号の位相を個々に分離して測定してもよい。
【００２７】
上記方法は、上記後方反射光信号に依存してデジタル信号を生成してもよい。
【００２８】
クレームされた上記方法は、光検出器上で上記後方反射光信号に干渉し、かつ上記光検出器から得られた信号をデジタル化してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
以下では、本発明の実施形態が、図面を参照しながら説明される。
【００３０】
【図１】図１は、本発明の実施形態による光フェーズドアレイを示すブロック図である。
【００３１】
【図２】図２は、光フェーズドアレイを用いて光ビームを形成する方法を示す高レベルのフロー図である。
【００３２】
【図３】図３は、図２の方法のさらなる局面を示すより詳細なフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
光フェーズドアレイを用いて光ビームを形成する方法、システム、光フェーズドアレイが開示される。以下の説明では、特定の光源、変調技術などを含む、多数の特定の詳細が記載されている。しかし、この開示から、修正および/または置換が、本発明の範囲から逸脱することなくなされ得ることが当業者には明らかであろう。他の状況では、具体的な詳細は、本発明を不明瞭にしないように省略されてもよい。
【００３４】
添付図面のいずれか１つ以上で、同じ参照番号を有するステップ及び/又は特徴への参照がなされた場合には、この説明の目的のため、特に反する指示のない限り、それらのステップ及び/又は特徴は、同一の機能（複数可）又は動作（複数可）を有する。
【００３５】
本発明の実施形態は、光フェーズドアレイに向けられている。光フェーズドアレイ（ＯＰＡ）は、多数のサブアパーチャからの光を組み合わせて遠視野でのビームを形成する装置である。光フェーズドアレイによって生成される光ビームの特性は、サブアパーチャの相対位相を調整することによって変更され得る。例えば、遠視野で光ビームが操縦され、またはビームサイズは変更され得る（集束され／デフォーカスされる）。ＯＰＡの別の用途は、多数の独立したレーザを組み合わせて、超高パワービームを得ることである。
【００３６】
マイクロ波／無線周波数のフェーズドアレイと比較すると、ＯＰＡでの課題は、サブアパーチャの相対位相の制御にある。ＲＦシステムにおいては、相対位相は、エミッタを駆動する導体の経路長を固定することによって設定され得る。光学システムにおいては、光の波長は非常に小さく、経路長において自然に生じる揺らぎは、エミッタでの光の位相を正確に設定することを困難にする。本発明の実施形態は、伝送される光についての位相情報を抽出する。特に、サブアパーチャの位相を測定する。そして、各サブアパーチャに進んだ光の経路長を調製する。このことは、サブアパーチャから放射される光が制御された位相関係をもつことを意味する。
【００３７】
読み出し技術はスペクトル拡散変調を使用する。出射ビーム、またはそのビームを形成するために使用される成分の少なくとも一部は、擬似ランダムコードで位相変調される。この変調は、個々のサブアパーチャからの信号が識別のために分離されるべきことを許容する。次いで、単離された信号の位相は、例えば、ヘテロダイン干渉法を使用して測定され得る。次いで、位相情報は、ＯＰＬを調整し、また、ＯＰＬにおける望ましくない変動を補償するために使用され得る。
【００３８】
以下に記載される本発明の実施形態は、外部センサの必要性を排除し、また、ＯＰＡ内で不可避的に反射される電磁（ＥＭ）放射線のみに基づいて、光ビーム形成装置の（ＯＰＬ）の変動の制御を可能にする。このことは、意図されたターゲットからのエネルギのさらなる分流をもたらさない。
【００３９】
図２は、光フェーズドアレイを用いて光ビームを形成する方法２００を高レベルで示している。ステップ２１０では、複数の光ビームの数の各々は変調されて、それぞれの変調された光ビームを分離するためのスペクトル拡散信号をもつ。ステップ２２０では、光ヘッドを用いて、出力光ビーム（単数）が光ビーム（複数）から生成される。その光ビームか、またはサブアパーチャを介して透過された各光ビームの少なくとも一部は、スペクトル拡散変調される。それらの光ビームは、少なくともスペクトル拡散変調されている成分をもち、出力ビームと、後に説明するように、非拡散光ビームの制御を行うために使用される。以下で使用されるように、「スペクトル拡散変調された光ビーム（単数）」は、そのように変調された少なくとも１つの成分をもつ光ビーム（単数）である。この用語は、そのように処理されていない光ビームとは対照的に、スペクトル拡散変調モジュールによって処理された光ビームを区別するために使用されている。光ヘッドは、その光ヘッド内に基準面を有するとともに、複数のサブアパーチャを含み、各サブアパーチャはスペクトル拡散変調された光ビームのそれぞれ１つを受ける。基準面は後方反射光信号を生成する。ステップ２３０では、後方反射光信号とスペクトル拡散変調に依存して、スペクトル拡散変調された光ビームの位相が制御される。制御するステップ２３０は、後方反射光信号に依存して、スペクトル拡散変調された光ビームの光路長を調整する位相補正モジュールを用いて実行される。それに代えて、高パワービーム形成のために、複数のレーザが使用され得る。そして、制御するステップ２３０は、各レーザの位相を直接制御してもよい。さらに、各レーザの位相は、レーザの周波数を変化させることによって直接制御され得る。
【００４０】
上記制御された、スペクトル拡散変調された光ビームは、上記出力光ビームの制御を行うためのフィードバック機構内で用いられる。
【００４１】
上記出力光ビームは高パワー光ビームである。
【００４２】
２つ以上のスペクトル拡散変調された光ビームの位相は、上記後方反射光信号と上記スペクトル拡散変調に依存して、独立に制御される。
【００４３】
各光ビームは固有のコードで変調されて、一意的に識別される光ビームを生成する。それに代えて、単一の共通のコードが各光ビームの入力で変調されて、各サブアパーチャからの信号を分離してもよい。各サブアパーチャの信号は異なる遅延を有する。
【００４４】
複数の光源が、スペクトル拡散変調モジュールに対して入力される複数の光ビームを生成する。
【００４５】
上記後方反射光信号に依存して位相情報が導出されて、位相補正信号を提供する。その位相情報は、各サブアパーチャの位相シフトへのフィードバックに用いられて、遠視野での出力光ビームの所望のビーム操縦／ビーム形成を与える。
【００４６】
デジタル信号処理システムが、スペクトル拡散デコード技術を利用して、上記後方反射光信号における各サブアパーチャからの信号の位相を個々に分離して測定してもよい。
【００４７】
上記後方反射光信号に依存してデジタル信号が生成され得る。
【００４８】
上記後方反射光信号は光検出器上で干渉され、かつ上記光検出器から得られた信号がデジタル化されてもよい。
【００４９】
本発明の実施形態のこれら及び他の詳細は、図１および図３を参照して、以下に説明される。
【００５０】
図１は、本発明の実施形態による光フェーズドアレイ（ＯＰＡ）１００を示している。図３は、図１の光フェーズドアレイ１００を用いて光ビームを形成する方法３００を示している。
【００５１】
図１中の光源１１０は、複数の光源、例えば幾つかのレーザを含み、光ビーム（複数）１２０を生成する。それらの光ビームは、スペクトル拡散変調モジュール１１２に入力される。光源１１０は、単一のレーザ光源であってもよく、または、多数の独立したレーザ、例えばファイバレーザを含んでいてもよい。
【００５２】
方法３００はステップ３１０で処理を開始する。ステップ３１０では、光源１１０からの光ビーム（複数）は、各々スペクトル拡散信号で変調される。図１のスペクトル拡散変調モジュール１１２は、各光ビームまたは各光ビームの成分を、各光ビームを一意的に識別できるように、固有のコードで位相変調する。その変調は、二相位相偏移キーイング（ＢＰＳＫ）、または、より高次の位相偏移キーイング、例えばＱＰＳＫ，８−ＰＳＫを含んでいてもよい。スペクトル拡散変調の変調深さは、ビームの重要な部分（キャリア光）が変調されないように、低くてもよい（＜ｐｉ、または部分的な変調）。このキャリア光の干渉が遠視野で干渉して、ビーム操縦を生ずる。
【００５３】
スペクトル拡散変調モジュール１１２によって生成された出射光１２２は、光ヘッド及び基準面１１６に渡される。図１中に示すように、出射光１２２は、位相補正モジュール１１４を通して渡される。後に詳述するように、出射光１２２は、位相補正モジュール１１４によって「位相補正され」てもよい。図３のステップ３１２では、スペクトル拡散変調された光ビーム、つまり出射光１２２は、光ヘッド１１６へ伝送される。一実施例では、この伝送は、光ヘッド１１６に結合された光ファイバ（図１には示していない）を用いて実現される。
【００５４】
光ヘッド１１６では、光ヘッド１１６に入力された出射光１２２の或る部分１２６は、光ヘッド１１６の基準面から反射される。その基準面は、十分に特徴付けられた表面形状を有する部分的に反射する面であり、典型的には、光ビーム形成装置を出る前に光が相互作用する最後の面である。各サブアパーチャ１２２の出射光のこの部分は、後方反射光である。典型的には、基準面１１６は、平坦に研磨されており、出射光１２２のごく一部をサンプリングする。出射光の残り部分は、出射ビーム１２４である。
【００５５】
図３のステップ３１４では、各エミッタからの光の一部が、光ヘッド１１６内の基準面から反射される。そして、この後方反射光が得られるか、または受けられる。
【００５６】
図１に示すように、後方反射光１２６は、位相補正モジュール１１４を通して通過して、スペクトル拡散変調モジュール１１２に対する入力信号１２８を提供する。位相補正モジュール１１４は、出射光と後方反射光に同じ位相シフトを与える。
【００５７】
スペクトル拡散変調モジュール１１２は、変調モジュール１１２の詳細な設計及びスペクトル拡散コードの速度に依存して、後方反射光の位相に影響を与えても与えなくてもよい。必要に応じて、経路１３０を移動させて、この経路１３０が位相補正モジュール１１４と干渉及び光検出モジュール１４０との間にあるようにしてもよい（図１には示さず）。
【００５８】
図３のステップ３１６では、後方反射光が干渉され、干渉光が光検出器（例えば、フォトダイオード）で検出される。スペクトル拡散信号をもつ後方反射光が、局部発振器で干渉される。その局部発振器自体がスペクトル拡散であってもよい。図１では、スペクトル拡散変調モジュール１１２によって出力された全てのサブアパーチャ１３０からの後方反射光が、干渉及び光検出モジュール１４０へ出力され、そのモジュール１４０の単一の光検出器上で干渉される。モジュール１４０は、経路１３０における光パワーを電気信号１３２に変換する。モジュール１４０は、付加的な光場（局部発振器）で後方反射光に干渉してもよいし、または、各サブアパーチャからの光場（複数）の間の既存の干渉を利用してもよい。
【００５９】
ステップ３１８では、光検出モジュール１４０からの電気信号が処理されて、位相情報が抽出される。その位相情報から光ビームの光路長が推測される。その光路長は光ファイバ経路長であってもよい。光検出器１４０から得られた電気信号はデジタル化される。そして、得られたデジタル信号１３２は、ステップ３１８での処理のために、デジタル信号処理システム１５０、例えばフィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）に送られる。ＦＰＧＡ１５０の内部では、スペクトル拡散デコード技術が用いられて、各サブアパーチャからの信号（複数）を個々に分離して、それらの信号の位相が測定され得るようにする。好ましくは、上記スペクトル拡散デコード技術は、ダニエル・エイ・シャドック（Shaddock, Daniel A.）著、「デジタル的に強化されたヘテロダイン干渉法（Digitally enhanced heterodyne interferometry）」, オプティクス・レターズ（OPTICS LETTERS）, Vol. 32, No. 22, pp. 3355-3357, 15 November 2007 に開示された「デジタル干渉法」である。それは、参照によって、全体として本明細書に組み込まれる。デジタル干渉法は、単一変調コードの場合には信号（複数）の飛行時間（time-of-flight）（または等価の遅延）によって、または多重分割コードの場合にはコード分割多重化技術によって、それらの信号が分離されることを可能にする。それらの信号は、信号１３２に適切な遅延をもつ同じ変調コードを乗算することによって抽出される。異なる遅延を有する異なるコードまたは同じコードを用いてエンコードされた信号は、広帯域ノイズとして現れ、それらは適切なフィルタによって拒絶され得る。このデコードステップの目的は、ＰＲＮ変調（測定出力は、入力信号１３２のコード遅延に一致することが必要とされるデコード信号の遅延である。）の典型的な使用とは対照的に、サブアパーチャからの信号の位相の後続の決定のために、信号を分離することにある。
【００６０】
デジタル信号処理システム１５０によって抽出または導出されたこの位相情報は、位相補正モジュール１１４へ出力される位相補正信号１３４を提供する。図３のステップ３２０では、上記光ファイバを通る光路長は、エミッタでの光の位相を所望の値に駆動するように調整される。このように、上記位相情報は、各サブアパーチャの位相シフトへのフィードバックに用いられて、遠視野での所望のビーム操縦/ビーム形成を与える。
【００６１】
スペクトル拡散変調モジュール１１２によって生成された出射光１２２は、図１の光ヘッド１１６に送信される前に、位相補正モジュール１１４によって位相補正される。
【００６２】
ステップ３２２では、各エミッタからの出力光は遠視野で干渉されて、ビーム形成／操縦／集束を達成する。このプロセス３００は、繰り返し実行されてもよい。
【００６３】
図１のＯＰＡシステム１００は、機械的アクチュエータの必要なしに光源が操縦されるのを可能にする。ここに提示された基本設計概念は、各サブアパーチャの出口点で光の相対位相を読み出すための革新的な方法を特徴とする。この信号は、電磁干渉を利用して、出射ビームを操縦する閉ループ制御システムで使用される。受信デバイスとして動作する場合、この同じ光計測システムは、視野を調節するために使用され得る。このデバイスの別の用途は、各サブアパーチャを固有の光源で駆動し、それから、サブアパーチャで各光源の位相を制御することによって、その光源を遠視野でコヒーレントに組み合わせることである。この装置のリアルタイムの検知および閉ループ動作は、サブアパーチャの出力で光信号の間の安定した位相差を維持することに関連する問題を克服する。
【００６４】
本発明の一実施形態による図１のＯＰＡ１００は、次のように有利である。
・拡張性：多くのサブアパーチャが単一の光検出器とデジタル化システムを用いて測定され得る。
・高パワー取扱いとビーム品質：出射（高パワー）ビーム上に追加の光学部品は必要とされない。全ての制御信号は、反射で抽出される。
・閉ループ制御：デジタル干渉位相計測システムは、高感度、フルレンジ位相読み出しを提供する。これにより、ビームを、例えば広い角度範囲にわたって、安定して正確に操ることが可能になる。
・スペクトル拡散変調の使用は、従来の変調方式に比べて、後方散乱光（例えばモジュール間の界面での反射に起因する）の存在下での位相検出のロバスト性を改善することができる。
【００６５】
本発明の実施形態は、次のものを含む幾つかの用途を有する。
防衛：レーザ・ターゲッティングおよび兵器および宇宙ゴミの追跡、 
通信：自由空間光ネットワーク、および
民生用電子機器：レーザーディスプレイや没入型ホログラフィ。
【００６６】
上記はあくまで一例であり、本発明の実施形態によるＯＰＡの可能な用途の網羅的なリストを構成しない。
【００６７】
上述の構成は、光源に適用可能であり、特に光ビーム形成装置やシステムに適用可能である。
【００６８】
光フェーズドアレイを用いて光ビームを形成するための方法およびシステム、並びに光フェーズドアレイが記載されてきた。以上は本発明の幾つかの実施形態のみを説明する。本発明の範囲および精神から逸脱することなく、それらの実施形態に対する修正および/または変更が可能である。それらの実施形態は、例示であって制限的なものではない。
【００６９】
本明細書の文脈において、用語「備えた（comprising）」は、「主に含む（including）が、必ずしも単独ではない」または「有する（having）」または「含む（including）」を意味し、「のみからなる（consisting only of）」ではない。そのような「からなる（consisting of）」などのクローズエンド式表現に代えて、オープンエンドな意味が意図されている。「備える（compriseおよびcomprises）」のような、用語「備えた（comprising）」の変形（複数）は、それに対応して変化された意味を有する。
【図１】
2015509207.tif 000003
【図２】
2015509207.tif 000004
【図３】
2015509207.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成25年9月3日(2013.9.3)
【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】
光フェーズドアレイであって、
出力光ビームを生成するための光ヘッドを備え、上記光ヘッドは、その光ヘッド内に基準面を有するとともに、複数のサブアパーチャを含み、各サブアパーチャはそれぞれ１つの光ビームを受け、上記基準面は１つ以上の上記サブアパーチャ中へ後方反射光信号を生成し、
複数の光ビームの各々を変調して、それぞれの変調された光ビームを分離するためのスペクトル拡散信号をもつスペクトル拡散変調モジュールを備え、上記変調された光ビームは上記光ヘッドへ提供され、
上記後方反射光信号と上記スペクトル拡散変調に依存して、上記スペクトル拡散変調された光ビームの位相を制御する手段を備えた光フェーズドアレイ。
【請求項２】
請求項１に記載の光フェーズドアレイにおいて、
上記制御する手段は、上記後方反射光信号と上記スペクトル拡散変調に依存して、各スペクトル拡散変調された光ビームの光路長を調製する位相補正モジュールであることを特徴とする光フェーズドアレイ。
【請求項３】
請求項１に記載の光フェーズドアレイにおいて、
高パワービーム形成のための複数のレーザを備え、
上記制御する手段は、各レーザの位相を直接制御することを特徴とする光フェーズドアレイ。
【請求項４】
請求項３に記載の光フェーズドアレイにおいて、
上記各レーザの位相は、上記レーザの周波数を変えることによって直接制御されることを特徴とする光フェーズドアレイ。
【請求項５】
請求項１に記載の光フェーズドアレイにおいて、
上記制御された、スペクトル拡散変調された光ビームは、上記出力光ビームの制御を行うためのフィードバック機構内で用いられることを特徴とする光フェーズドアレイ。
【請求項６】
請求項１に記載の光フェーズドアレイにおいて、
上記出力光ビームは高パワー光ビームであることを特徴とする光フェーズドアレイ。
【請求項７】
請求項１に記載の光フェーズドアレイにおいて、
少なくとも２つの上記スペクトル拡散変調された光ビームの位相は、上記後方反射光信号と上記スペクトル拡散変調に依存して、独立に制御されることを特徴とする光フェーズドアレイ。
【請求項８】
請求項１に記載の光フェーズドアレイにおいて、
上記スペクトル拡散変調モジュールは、このスペクトル拡散変調モジュールに対する各光ビームの入力を固有のコードで変調して、一意的に識別される光ビームを生成することを特徴とする光フェーズドアレイ。
【請求項９】
請求項１に記載の光フェーズドアレイにおいて、
上記スペクトル拡散変調モジュールは、各光ビームの入力を単一の共通のコードで変調して、各サブアパーチャからの信号を分離し、
各サブアパーチャの信号は異なる遅延を有することを特徴とする光フェーズドアレイ。
【請求項１０】
請求項８または９に記載の光フェーズドアレイにおいて、
上記スペクトル拡散変調モジュールに対して入力される複数の光ビームを生成する複数の光源を備えたことを特徴とする光フェーズドアレイ。
【請求項１１】
請求項１に記載の光フェーズドアレイにおいて、
上記後方反射光信号に依存して位相情報を導出して、位相補正信号を提供するデジタル信号処理システムを備えたことを特徴とする光フェーズドアレイ。
【請求項１２】
請求項１１に記載の光フェーズドアレイにおいて、
上記位相情報は、各サブアパーチャの位相シフトへのフィードバックに用いられて、遠視野での上記出力光ビームの所望のビーム操縦／ビーム形成を与えることを特徴とする光フェーズドアレイ。
【請求項１３】
請求項１１に記載の光フェーズドアレイにおいて、
上記デジタル信号処理システムは、スペクトル拡散デコード技術を利用して、上記後方反射光信号における各サブアパーチャからの信号の位相を測定することを特徴とする光フェーズドアレイ。
【請求項１４】
請求項１または１１に記載の光フェーズドアレイにおいて、
上記後方反射光信号に依存してデジタル信号を生成する光検出器を備えたことを特徴とする光フェーズドアレイ。
【請求項１５】
請求項１または１１に記載の光フェーズドアレイにおいて、
上記光検出器上で上記後方反射光信号に干渉し、かつ上記光検出器から得られた信号をデジタル化する干渉及び光検出モジュールを備えたことを特徴とする光フェーズドアレイ。
【請求項１６】
光フェーズドアレイを用いて光ビームを形成する方法であって、
スペクトル拡散変調モジュールを用いて、複数の光ビームの各々を変調して、それぞれの変調された光ビームを分離するためのスペクトル拡散信号をもち、
光ヘッドを用いて、上記スペクトル拡散変調された複数の光ビームから出力光ビームを生成し、上記光ヘッドは、その光ヘッド内に基準面を有するとともに、複数のサブアパーチャを含み、各サブアパーチャは上記スペクトル拡散変調された光ビームのそれぞれ１つを受け、上記基準面は１つ以上の上記サブアパーチャ中へ後方反射光信号を生成し、
上記後方反射光信号と上記スペクトル拡散変調に依存して、上記スペクトル拡散変調された光ビームの位相を制御する方法。
【請求項１７】
請求項１６に記載の方法において、
上記制御するステップは、上記後方反射光信号と上記スペクトル拡散変調に依存して、各スペクトル拡散変調された光ビームの光路長を調整する位相補正モジュールを用いて実行されることを特徴とする方法。
【請求項１８】
請求項１６に記載の方法において、
高パワービーム形成のための複数のレーザを用い、
上記制御するステップは、各レーザの位相を直接制御することを特徴とする方法。
【請求項１９】
請求項１８に記載の方法において、
上記各レーザの位相は、上記レーザの周波数を変えることによって直接制御されることを特徴とする方法。
【請求項２０】
請求項１６に記載の方法において、
上記制御された、スペクトル拡散変調された光ビームは、上記出力光ビームの制御を行うためのフィードバック機構内で用いられることを特徴とする光フェーズドアレイ。
【請求項２１】
請求項１６に記載の方法において、
上記出力光ビームは高パワー光ビームであることを特徴とする方法。
【請求項２２】
請求項１６に記載の方法において、
少なくとも２つの上記スペクトル拡散変調された光ビームの位相は、上記後方反射光信号と上記スペクトル拡散変調に依存して、独立に制御されることを特徴とする方法。
【請求項２３】
請求項１６に記載の方法において、
上記変調するステップは、各光ビームを固有のコードで変調して、一意的に識別される光ビームを生成することを特徴とする方法。
【請求項２４】
請求項１６に記載の方法において、
上記変調するステップは、各光ビームの入力を単一の共通のコードで変調して、各サブアパーチャからの信号を分離し、
各サブアパーチャの信号は異なる遅延を有することを特徴とする方法。
【請求項２５】
請求項２３または２４に記載の方法において、
スペクトル拡散変調モジュールに対して入力される複数の光ビームを生成する複数の光源を備えたことを特徴とする方法。
【請求項２６】
請求項１６に記載の方法において、
デジタル信号処理システムを用いて、上記後方反射光信号に依存して位相情報を導出して、位相補正信号を提供することを特徴とする方法。
【請求項２７】
請求項２６に記載の方法において、
上記位相情報は、各サブアパーチャの位相シフトへのフィードバックに用いられて、遠視野での上記出力光ビームの所望のビーム操縦／ビーム形成を与えることを特徴とする方法。
【請求項２８】
請求項２６に記載の方法において、
上記デジタル信号処理システムは、スペクトル拡散デコード技術を利用して、上記後方反射光信号における各サブアパーチャからの信号の位相を個々に分離して測定することを特徴とする方法。
【請求項２９】
請求項１６または２６に記載の方法において、
上記後方反射光信号に依存してデジタル信号を生成することを特徴とする方法。
【請求項３０】
請求項１６または２６に記載の方法において、
光検出器上で上記後方反射光信号に干渉し、かつ上記光検出器から得られた信号をデジタル化することを特徴とする光フェーズドアレイ。
【国際調査報告】
2015509207.tif 000006
2015509207.tif 000007
2015509207.tif 000008