フェーズドアレイ光学系

フェーズドアレイ光学系は、調整可能な表面素子を用いて2次元表面で透過、反射、または捕捉（受信）される光波の位相と振幅を制御する技術である。光フェーズドアレイ（OPA）は、電波フェーズドアレイの光学版である。^[1]表面の光学特性を微視的スケールで動的に制御することにより、可動部品なしで光線の方向（OPA送信機^[2]）やセンサーの視線方向（OPA受信機^{[3] ）を操縦することができる。フェーズドアレイビームステアリングは、}光電子デバイスにおける光スイッチングおよび多重化や、マクロスケールでのレーザービームの照準に使用されている。

複雑な位相変化パターンを使用して、動的な仮想レンズなどの回折光学素子を作成し、ビームの焦点合わせや分割、照準合わせを行うことができます。動的な位相変化により、リアルタイムのホログラムも作成できます。2 次元にわたって詳細なアドレス指定可能な位相制御を可能にするデバイスは、空間光変調器(SLM) の一種です。

送信機

光フェーズドアレイ送信機には、光源（レーザー）、パワースプリッター、位相シフター、および放射素子のアレイが含まれます。^[4]^[5]^[6]レーザー光源の出力光は、パワースプリッターツリーを使用していくつかのブランチに分割されます。各ブランチは、次に調整可能な位相シフターに送られます。位相シフトされた光は、光を自由空間に結合する放射素子（ナノフォトニックアンテナ）に入力されます。素子によって放射された光は遠距離場で結合され、アレイの遠距離場パターンを形成します。素子間の相対的な位相シフトを調整することで、ビームを形成して操縦することができます。

受信機

光フェーズドアレイ受信機^[3]では、表面への入射光（通常はコヒーレント光）が、1D ^[7]または2D ^[3]アレイ上に配置されたナノフォトニックアンテナの集合によって捕捉されます。各素子が受信した光は、チップ上で位相シフトされ、振幅が重み付けされます。これらの信号は、光学領域または電子領域で加算され、受信ビームを形成します。位相シフトを調整することで、受信ビームをさまざまな方向に向けることができ、各方向から入射する光が選択的に収集されます。

アプリケーション

ナノテクノロジーにおいて、フェーズドアレイ光学系とは、光の波長よりも小さい位相と振幅の要素をアドレス指定できるレーザーまたはSLMのアレイを指します。^[8]まだ理論上の話ではありますが、このような高解像度のアレイは、不要な回折次数のない動的ホログラフィーによる極めてリアルな3次元画像の表示を可能にします。兵器、宇宙通信、光学迷彩による不可視性などへの応用も提案されています。^[8]

DARPAのエクスカリバープログラムは、レーザー兵器の大気の乱れをリアルタイムで補正することを目的としている。 ^[9]

ブレークスルー・スターショット組織は、仮説上のグラム規模のソーラーセイルベースの宇宙船または宇宙船群の推進レーザーを正確に狙い、操縦するためにフェーズドアレイを使用することを提案している。

参照

参考文献

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外部リンク

フェーズドアレイ光学
YouTube のフェーズドアレイを使用したビームステアリングのアニメーション

[1] McManamon PF; et al. (1996 年 5 月 15 日). 「光フェーズドアレイ技術」. Proceedings of the IEEE, Laser Radar Applications . 84 (2). IEEE: 99–320 . 2007 年 2 月 18 日閲覧。

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