JPH03501080A - 共通経路マルチチャネル光プロセッサ - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の名称 共通経路マルチチャネル光プロセッサ λ肌辺匁１ 本発明は環境的効果に敏感な光プロセッサに関する。

灸」Ω亘Ｉ 媒体中を伝播する無線周波数（ＲＦ）信号は一般に非Ｍ線位相特性となる、即ち 位相が周波数によって非直線的に変化する。そのように伝播された信号は、特別 の処理をしないと、劣化した信号として検出される。

このような従来技術のデバイスは位相及び振幅の等化を達成するために長年にわ たり満足に使用されているけれど、これらデバイスはディジタル電子回路によっ て処理できる周波数の数及び等化が達成される速度において厳しい制限がある。

現在の譲受人に譲渡されている、同時係属の米国特許出願第８５７，２７７号は 並列動作で多数の個々の周波数に対する等化経路を提供することによってコヒー レントな光学的処理を利用して無線周波数信号の位相等化補正を行なうものであ る。先の発明によれば、測子（無数）の別個の周波数が処理できる。

上述した発明はフーリエ面に位相制御アレイを導入して伝播された信号の位相歪 をキャンセルしている。

このアｌ／イは電気的に変更される複屈折を有する個々の構成素子から構成され でおり、各素子と関連した特定の周波数の位相を対応的に変更する。補正された 光学信号は光ミキサで光電変換を受け、その結果伝播により位相歪が導入される 前の入力信号に対応する位相等化された補正信号が得られる。

同時係属出願の装置は、満足いく動作を行なうが、この装置には光学的に変換さ れた無線周波信号と光学的局部発振信号（ｏｐｔｉｃａｌ　１ｏｃａｌ　ｏｓｃ ｉｌｌａｔｏｒ　５ｉ９ｎａｌ）とが、並列経路を経て導入されるので、この事 実に起因して環境的効果が問題を引き起す、これら経路は、振動、温度、埃、等 々により生ずる異なる環境的効果を受けやすい。

従って、異なる環境的効果を否定するように、無線周波（ＲＦ）信号及び局部発 振信号を共通の光学的経路を経で導入させるのが好ましい。

免肛公皿員亙鳳且 本発明は、上述した同時係属特許出願における装置を改良したものである。この 装置は、光学的に変換された日Ｆ信号及びこれに関連する光学的局部発振信号に 対し共通の光学的なトレイン（ｔｒａｉｎ）％与えるための手段である。このた め、各信号への環境的効果は同等でありまた環境による乱れは、自動的にキャン セルする。この共通経路を取り入れることにより、共通の光学的構成素子を共用 することが可能となり、これにより装置に要求される実装２度を大とすることが 出来る。

本発明の他の実施例では、共通経路という概念を、並列の複数の光学的チャネル で“実現化を図っている。

このようなマルチチャネルアレイにすると、各チャネルに具なる波長のレーザを 使用することが許され、このことは望ましいことである。従って、この実施例は 周波数を多重化する応用に適用して有利である。

ｌ動Ω皿員μ且且 本発明の上述の目的及び利点は添付図面を参照しての以下の説明から明瞭に理解 されよう。

第１図は既に考察した電気光学装置の概略構成を示す平面図であって、この装置 は異なる環境的効果を受ける、具なる２つの光学的経路に沿って光学的に変換さ れたＲＦ倍信号び光学的局部発振信号を導入するものである。

第２図は第１図の装置において使用される位相制御アレイの一部分の概略図であ る。

第３図は本発明の概略構造を示す上面図であって、光学的に変換されたＲＦ倍信 号び光学的局部発振信号が共通の光学的構成素子を伝達する、単一のチャネルに つき示しである。

第４図は本発明に使用されるような、位相または振幅制御アレイの概略図である 。

第５図は本発明の周波数多重化の実施例に利用されるようなマルチチャネルアレ イの概略図である。

発朋」」Ｉ」隻区朋 本発明の説明に先立ち、蔦１図に示す、上述の同時係属中の米国時評出願の光プ ロセッサであって既に説明したように環境的効果（ｅｎｖｉ　ｒｏｎｍｅｎｔａ ｌ　ｅｆｆｅｃｔｓ）に敏感な光プロセッサにつき説明する。

レーザビーム１０は伝播の結果として既に歪んでいる変調無線周波数（日Ｆ）信 号１４に対する光学的キャリヤ信号として働く。ビーム１０及び無線周波数信号 １４は、例えばＩＳＯＭＥＴコーポレイションによって製造された形式のもので よい通常の音響光学変調器１２に導入され、変調された音響場（オブジェクト： ｏｂｊｅｃｔ）１６が変調器１２によって形成される。

フーリエ面２２がフーリエレンズ１８と逆フーリエレンズ２０との間に生じる。

このフーリエ面２２に位相制御アレイ２３を配することによって本発明の位相等 化能力が実現できる。詳しくいうと、フーリエ面２２にオブジェクト１６の空間 周波数分布が存在し、マルチ光学素子の位相制御アレイ２３をこの空間周波数分 布と共面関係に配置することによって空間的に分布しているオブジェクト１６の 各周波数成分が位相の変更を受け、その結果位相の等化された光学信号が得られ る。かくして、今説明するように、アレイの素子はオブジェクト１６の各周波数 成分において所望の位相制御を行なう。

位相制御アレイ２３を十分に理解するために、マルチ素子の電気光学デバイスが 例示されている第２図を参照する０個々の素子は対応する空間的に分布する周波 数成分Ｆ、〜Ｆ、によって概略的に指示されている。簡単にするために、少数の 周波数成分のみが示されでいる。しかしながら、この装置は代表的には千又はそ れ以上の多数の周波数成分を意図するものであるということを理解すべきである 。適当な電気光学デバイスとしてＰＬＺＴ、液晶、カーセル、ボッケルセル、フ ァラデーセル、等がある。アレイ中の各素子の目的は空間的に分布された周波数 成分の光学的経路長をフーリエ面２２において変えることであり、各素子の複屈 折が、各周波数成分がフーリエ面２２を通過するときに各周波数成分の位相を等 化する態様で各素子の光学的経路長を変更するために、必要に応じて変えられる 。その結果、逆フーリエレンズ２０の右側に位冨する像の位相は歪んだオブジェ クト１６に関して位相が等化される。

等化された像は通常の半銀鏡（ハーフミラ−）でよい結合器２６によって処理さ れる。レーザ局部発振ど一ム２８が結合器２６に対する第２の光学入力であり、 光学的ヘテロダイン又はダウン変換を行ない、かくして位相等化された像２４を 形成する。この像は輝度感知２乗則光検出器３０に当たり、補正された位相等化 像２４が光検出器３０の出力３２の補正された無線周波数信号に変換される。そ の結果、出力３２の無線周波数信号は位相の補正された歪みのない信号であり、 これは第１図の等化回路に供給される前に伝播によって歪んだ元の電気信号に類 似する。

アレイ２３の各素子で生じる移相はカーセル、ボッケルセル及び液晶デバイスの 場合のよう（こ連続的に変化させることも、或はファラデーセルの場合のように 個々に変化させることもできるということを指摘しておく、各セル中で生じる移 相の量は基本的形式においで基準電圧が供給される分圧器２１に類似するデバイ スによって制御される。参照番号１９（第２図）によって総括的に示される分圧 器からの個々の出力はアレイ２３の各素子によって達成されるべき所望の移相に 対応する程度にアレイの各素子を駆動する。

結合器２６に対する第２の光学入力となるレーザ局部発振ど−ム２８はレーザビ ーム１０から発生される。この局部発振ビームは位相制御アレイ２３を通る信号 経路に間違して開示したのと同様の態様で位相制御できる。これはマルチ光学素 子位相制御アレイ２３と構成が類似する第２の位相制御アレイ３３を含むことに よって行なわれる。第１のアレイ２３の場合のように、第２の位相制御アレイ３ ３はレーザビーム１０の位相をアレイの各素子に当たるときに変更する。レンズ ３６はミラー３５によって反射させるために位相の変更されたビームを収束し、 ゛局部発振ビーム２８を形成する。英際には、このビームは位相制御アレイ２３ の結果としてオブジェクト１６に対する位相の変更に対応する位相変更された部 分より構成される。

位相変更された局部発振器ビームを含むことは必須ではない、しかし、両アレイ ２３及び３３８利用することにより広範囲の適用例で歪んだ伝播された無線周波 数信号の位相の補正を行なうために並列で及び、或はタンデム（縦続）で有効に 動作させることができる。

本発明によれば、位相の補正は次の３つのモードで達成できる。１２１］′ｔ３ 、 ｉ、（ｉ７相制御アレイ２３の利用とアレイ３３を通じての位相制御を受けない 局部発振器ビーム２８の利用、 ２．７レイ３３の利用によるかつフーリエ面２２０位相制御アレイ２３を利用し ない局部発振と−ム２８の位相制御、 ３、位相制御アレイ２３及び３３の利用。

基本的な局部発振の位相制御の度合は、位相制御アレイ２３そ駆動する分圧器出 力１９に関連して前に記載したのと同じ態様で、分圧器出力１９′によって決定 される。

装置は単一経路のデバイスを例示するけれど、追加の位相補正が必要な場合には 、位相制御アレイ２３及び３３を通る複数の経路が、代表的には複数の経路を達 成するためにミラー（図示せず）を利用する再帰技術によって、達成できる。

各アレイ素子による移相に対応する各アレイ素子による光学経路長の変更は次の 式によって表わすことができる。

△φ＝２■（△ｔ　ｎ、Ｇ）／λ ここで、△ｔは微分遅延であり、 ｎｏは素子セルの屈折率に等しく、 Ｃは光の速度に等しく、 λはレーザビーム１００波長である。

装Ｍを無線周波数について記載したけれど、他の多周波信号の周波数成分を位相 等化する際にも、それらが伝播し、歪を受ける媒体に関係なく、等しく適用でき るものである。

信号周波数成分の振幅の等化がまた必要である場合には、信号の周波数成分をフ ーリエ面で変更することによって達成できる。局部発振ビームを変更することに よって追加の振幅の等化が可能になる０個々の周波数成分の振幅をそのように変 更するための手段は、同時係属の米国特許出願Ｍ８５７２８８号「光学的無線周 波数振幅等化方法及び装置」に開示されているように、光フイルタ素子のアレイ を利用することによるものである。

改良 本発明では既に考察した装置に使用されているような、局部発振ビーム２８に対 する別個の経路を除いである。別個の光学的経路に沿って局部発振器を導入する ことによって、光学的経路の各々に沿って異なる環境の影響を受け、その結果出 力３２では劣化した日Ｆ信号となることは既にわかっている。

本発明は既（こ考察した装置に使用されているような、局部発振ビーム２８用の 別個の経路を省いている。別個の光学的経路に沿って局部発振器を導入すること によって、光学的経路の各々に沿って異なる環境の影響を受け、その結果出力で は劣化したＲＦ傷信号なることは既にわかっている。このため、位相および振幅 の安定性が重要である光学的ヘテロダインプロセッサを改善するためには、共通 経路の手法を使用することが出来る。

第３図に示すように、共有する構成素子間では、局部発振ビームと信号ビームと を共通の光学的経路に沿って進行させている。第１図および第３図において同じ 構成素子には同様な番号を付して示しである。第３図の実施例は、信号伝達のた めのシングルチャネルを示している。

レーザビーム１０は、ビームスプリッタ９０作用を受けて、局部発振（Ｌ、Ｏ， ）ビームとして供する上側のビームと、音響光学変調器１２の入力へ送られる下 側のキャリヤ信号となる。ＲＦ傷信号第１図に示した場合と同様に変調器に導入 されて光学的に変調された信号が変調器１２の出力に発生する。フーリエレンズ １８′は第１図のレンズ］８と同じ機能を果すが、局部発振ビームと光学信号ビ ームの双方を処理する。

このフーリエレンズ１８′を、例えば、カセグレン型としてもよい、オブジェク トの空間分布周波数成分はアレイ３４で位相または振幅変調を受ける。しかし、 アレイは、第４図に示すように、２つの個別の窓３６および３８を含んでおり、 これら窓は信号ビームおよび局部発振ビームをそれぞれ通過きせる０位相補正は 既に説明したように３通りのモードで達成させることができ、第４図は位相およ び振幅制御アレイを第１モードに対応する形態で示しである。即ち、このモード は局部発振ビームではなく信号ビームの位相または振幅制御である。この制御を 窓３６に電気光学的デバイスを含ませることによって達成するであろう、このデ バイスは第１図の位相または振幅制御アレイ２３と間違して既に説明した典型的 なタイプのものであり、一方、局部発振ビームは透明な（ｃｌｅａｒ）窓３８を 通過する０局部発振ビームおよび信号ど一ムは、逆フーリエレンズ２０’！個少 に通過して結合器２６で結合される。理解できるように、この改善の重要な点は 、局部発振ビームと信号ビームの両者の光路長（ｐａｔｈ　１ｅｎ９ｔｈ）が同 一である共通光学的経路を利用することにあり、また、共通光学的構成素子を使 用することは、各ビームに対する、既に説明した環境の影響は確実に同じとなる 。このため、各ビームの、φずれの不利な環境の影響は除かれる。結合されたビ ームは電気信号に変換され光検出器３０の出力３２に生する。

第５図はマルチチャネル装置を示し、この装置は周波数多重化に応用した場合の ように、各信号チャネルに異なる波長のレーザの使用を可能としでおり、このこ とは望ましいことである。第５図には３個の個別のチャネルしか示さなかったが 、図示の装置にはざらに多くのチャネルを組み込むことが可能であることを理解 すべきである。第３図および第５図における同等の構成素子には同一の参照符号 を付しである。

マルチチャネル装置の第１チヤネルにつき説明すると、レーザビーム１０はビー ムスプリッタ９へと向けられる。このビームスプリッタは、多数の同様なスプリ ッタと同じように、固定リング４０の周囲に同軸的に取っ付けられている０次い で、このレーザビームは変調器１２で変調されるが、局部発振レーザとして供す るスプリットされたレーザビームは、多数の音響光学変調器１２が同軸的に取り 付けられているリング４２の中心の透明な部分を通過する。その後の第１チヤネ ルの経路はフーリエレンズ１８′に続いており、このフーリエレンズはディスク ４４上に他のフーリエレンズと同軸に設けられている。

ざらに、このチャネルは、位相および振幅制御アレイ３４を経て続いており、こ のアレイは他の同様なアレイと同軸的に固定リング４６に取り付けられている。

逆フーリエレンズ２０’　はディスク４８上に他のレンズと同軸的に取り付けら れでいる。光学的処理は結合器２６で続いて行なわれ、この結合器は固定リング ５０に同様な結合器と一緒に同軸的に取り付けられている。結合されたビームは 、その後、光検出器３０に向けられ、光検出器から出力リード３２に沿って第１ チヤネルに対する電気信号出力を発生する。

軸方向に分配させた図示のその他の光学的構成成分をそれぞれ同軸的に配列させ て第１チヤネルと同じ方向に複数のチャネルを形成するようにする。その結果得 られたマルチチャネルアレイによって、周波数多重化の応用例におけるように所 望に応じ、各信号チャネルに異なる波長のレーザを使用することが許される。

種々の光ビーム、即ち、異なるチャネルからの信号および局部発振ビームは、相 互作用を起すことなく、同一の、コンパクトな空間領域（ｖｏｌｕｍｅ）を占有 し得る。共通な光学的な方向を分けもつことにより、実装ε度を一層高めること が出来る。その結果、本発明は、他の場合に要求される場合よりも少いスペース で済むが、より優れた、動作または演算結果を有する光プロセッサを提供する。

当業者には明らかな変更をなし得るので、この発明は図示の構成および上述した 説明のそのものにのみ限定されないことを理解すべきである。

国際調査報告

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. １．歪んでいる入力信号でレーザビームを変調して、歪んでいる信号の位相成分 を等しくするための手段に伝達される光学信号を形成するための手段を有する光 学的プロセッサにおいて、位相等化のための改善された信号プロセッサは、 レーザビーム（１０）を局部発振（Ｌ．Ｏ）ビームと、歪んでいる入力信号によ って光学的に変調されるべきビームとを含む２つのビームに分ける手段（９）と 、 前記変調されたビームを空間的に分布させかつ前記Ｌ．Ｏ．ビームを前記歪んで いるビームと同じ経路に沿って通過させる光学的フーリエ手段（１８′）と、光 学的経路に沿って前記Ｌ．Ｏ．ビームと同一の距離のところにおける、前記分布 されたビームの周波数成分の位相を光学的に等化にするための位相制御手段（３ ４）と、 前記Ｌ．Ｏ．ビームおよび前記等化にされた信号を結合しおよび前記位相等化入 力信号に対応する光学信号を発生する手段（２６）と を具え、 同一の経路に沿って２つのビームを伝達させることにより、他の方法では信号の 位相等化に悪影響を与えるであろう環境的効果をキャンセルする信号プロセッサ 。
2. ２．前記光学的フーリエ手段は、信号をフーリエ面（２２）における前記光学信 号の空間分布像に変換するフーリエレンズ（１８′）と、 前記等化にされた信号を非分布光学信号に逆変換する手段とを具える請求の範囲 １に記載の構造。
3. ３．前記ビームを音響光学変調器（１２）で変調する請求の範囲１または２に記 載の構造。
4. ４．マルチチャネルプロセッサをそれぞれ異なる周波数のビームを伝達できるよ うに形成した請求の範囲１に記載の構造において、各チャネルは、共通のマウン ト（４０）に取り付けられレーザビーム（１０）を、歪んでいる入力信号によっ て光学的に変調されるべきビームと局部発振（Ｌ．Ｏ．）ビームとを含む２つの ビームに分ける手段（９）と、共通のマウントに取り付けられ前記変調されたビ ームを空間的に分布させ（２２）および該分布されたビームと同じ経路に沿って 前記Ｌ．Ｏ．ビームを通過させる光学的フーリエ手段（４４）と、共通のマウン ト（４６）に取り付けられ光学的経路に沿って前記Ｌ．Ｏ．ビームと同一の距離 のところにおける前記空間的に分布された周波数成分の位相を光学的に等化にす る位相制御手段（３４）と、コンパクトな空間領域中で異なるレーザで多重周波 演算を可能とするマルチチャネルプロセッサとを具える構造。
5. ５．レーザビームを入力信号で変調して、信号の位相成分を等しくする手段へ伝 達される光学信号を結果的に形成するステップを有する、入力信号を光学的に処 理する方法において、 入力信号の位相等化そ図る改善方法は、レーザビームを局部発振（Ｌ．ｏ．）ビ ームと前記入力信号によって光学的に変調される（１２）べきビームとを含む２ つのビームに分け（９）、前記変調されたビームを空間的に分布させ（２２）お よびこの変調ビームと同じ経路に沿って前記Ｌ．Ｏ．ビームを伝達させ、 前記Ｌ．Ｏ．ビームの光学的経路に沿って、前記分布されたビーム周波数成分の 位相を光学的に等化にし（３４）、および 前記Ｌ．Ｏ．ビームおよび前記等化にされた信号を結合して（２６）前記位相等 化された入力信号に対応する信号を発生する それぞれのステップを有し、 同一経路に沿う２つのビームを伝達させることにより、他の方法では信号の位相 等化に悪影響を与えるであろう環境的効果をキャンセルする方法。
6. ６．前記光学信号を空間的に分配するステップは、周波数の関数として、フーリ エ面（２２）において生じ、それにより前記信号周波数成分の位相等化を可能に した請求の範囲５に記載の方法。