JPH065796B2 - 光を電波に変換する装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （技術分野） 本発明は、光を直接電波に変換する装置に関する。

（発明の背景） 光を直接電波に変換する装置は現在知られていない。

光を超高周波へ直接変換することができると、周波数ロ
ッキング，中間周波検波等の高速度情報処理および伝送
ばかりでなく、無線電力伝送等にも有効に利用できる可
能性がある。

しかしこれ等について、従来全く試みられていない。

（発明の目的） 本発明の目的は、光を直接電波に変換する装置を提供す
ることにある。

なお、ここでいう光は、技術的に有効な反射面を作りう
る限りでの波長の光であるが、主として紫外域から赤外
域までの光を指すものとする。

同様に、ここでいう電波は技術的に可能な限りで任意の
周期をもつ電磁波であるが、主として遠赤外域からミリ
波，マイクロ波程度を主要な適用範囲とする。

（発明の構成） 前記目的を達成するために本発明による光を電波に変換
する装置は、超高周波導波路と、前記超高周波導波路の
内壁面または内壁面の表面に形成された光を反射する対
向する金属的反射面と、前記金属反射面間で光が往復反
射するように光を入射させる光源とを含み、前記導波路
は前記光の往復周期に相当する超高周波を導波できるも
のであって、入射光を電波に変換して出力するように構
成されている。

前記構成によれば、光を直接電波に変換できる新規な装
置を提供できる。

（実施例の説明） 以下、図面等を参照して本発明をさらに詳しく説明す
る。

第１図は本発明による超高周波導波管を用いて光を直接
電波に変換する装置の実施例を示す斜視図および光入射
部の断面図である。なお内部構造の理解を容易にするた
めに部分的に破断して示してある。

超高周波用の方形導波管２の上側の面に入射光１を導入
する小孔２ａを設けてある。

導波管２の一方端は反射端面３となっており、必要によ
りチューナーを設ける。

導波管２の内面４，５は一対の金属的鏡面を形成してい
る。超高周波用導波管２の他方端６は、変換された光か
ら変換された電波の取り出し口を形成している。

他方端６には電波の発生の確認または取り出しのために
空胴共振器または検波ダイオードを配置する。

入射光１は超高周波導波管２に設けた小孔２ａを介して
超高周波導波管２内に導入され、前記金属的鏡面４，５
の間を往復反射させられる。

ここで本発明により光を直接電波に変換できる原理を簡
単に説明する。

光が前記金属的反射面において、１８０度の方向変換を
するとき、反射光は入射光の運動量に対して逆の運動量
を持つので、その差は、前記反射面が供給しなければな
らない。この場合の反射とは、自由電子密度によって定
義されるプラズマ周波数が入射光の周波数よりも高いと
きに、金属的反射がおこる。

通常の金属では、プラズマ周波数は紫外域にあって、赤
外光、可視光を反射する。

半導体ではプラズマ周波数は可視域ないし赤外域にあっ
て、赤外光を反射する。

本発明では、このように目的とする波長にしがって、鏡
面反射材料をえらぶ。

この供給すべき運動量は、前記反射面が金属であるこの
実施例では、電子の集団的分極である。

また前記反射面が誘電体である他の構成のときは格子原
子の光学的振動モードの励起による。

その分極の緩和時間の長いことが好ましく、その点では
電子集団分極が適当である。また動作効率の点から一般
的にはより低い温度が適当である。

光がもう一方の面で反射するときには、反射極性の分極
が、走行時間だけ遅れて発生する。この遅れは、ジグザ
グに進行する光にとっては、進行波管などでいう遅波効
果にはならず、それによって導波管軸方向に進行する電
波の位相速度と整合をとることができる。これは位相整
合にほかならない。このとき、現実的なマイクロ波周波
数（たとえば３０ＧHz）程度得られる。位相整合が成立
するとき、光反射により鏡面内自由電子内部に発生した
運動量パルスが伝播する電波にとっての進行する電界ベ
クトルを構成するので、電波を発生できる。この電界ベ
クトルは、片面の反射点ごとに電波の１波長ごとに発生
し、反対面の反射点とは半波長ごとずれていることは図
からわかる。また、現実問題として導波管端面で電波や
光が反射し、上記説明とは逆の方向に進行する波が生ず
ることが起こるとき、上記チューナー等について逆方向
の波の位相を調整しない防止することも必要となる。

従って、第１図の装置ではこれら周期的衝撃的励起によ
って導波管により定まる基本モード例えばＴＥモードの
電波が発生する。

この周期は光の往復走行時間に等しいが、もちろん導波
管の遮断周波数できまる通過帯域内にあるように設定さ
れる必要がある。

このようにして発生した超高周波は例えばミリ波の波長
領域なので、これを導波し、または空胴共振器で共振さ
せ、ダイオードによって直流とすることもできる。

前記光の往復空間はこの実施例のように空間でなくても
良いし、後述するように適当な誘電率を持つ誘電体でも
よい。

光の反射面は導波路の一部を形成するものであるから導
電性部分が存在する必要がある。本発明おいて、金属的
反射面と言う言葉を用いるのはこの理由による。

第２図に前記光の往復空間に透明誘電体の配置した他の
実施例を示す。

第２図は第１図に示した実施例の導波管の光が入射する
部分に対応する部分のみを示した斜視図である。

導波管インピーダンス調整のための突起７および光の往
復反射のための透明誘電体８が設けられている。その他
の部分の構成は第１図に関連して説明したところと変わ
らない。

第３図は、さらに他の実施例を示す導波管の管軸を含む
断面図である。

この実施例は導波管２の小孔２ａから、入射させられた
光が管軸に沿う導波管お金属的反射面４，５で逐次反射
させられて導波管２の開口方向に伝播させられるように
構成されている。

これにより、管軸方向の伝播速度が、光と発生させられ
た電波とについて位相整合をとり得るようにしたもので
ある。

電波が管軸方向へ伝播する速度は固有の分散関係によっ
て定まっているので、光と電波との位相整合が可能であ
り、繰り返し変換してゆくことができる。これは特に超
高速パルス波形の電磁波変換に有効である。

もちろん必要い応じて各反射点の間に電気的遅延回路を
挿入することも可能である。

また反射面として導波管内部に置いた誘電体の界面で全
反射を起こすように設定することも可能である。

以上説明した実施例につき本発明の範囲内でさらに種々
の変形を施すことができる。

前記各実施例はＴＥモードの場合を示したが、他のモー
ドの場合も、それぞれのモードでの電気力線の方向と前
記電子分極方向とを一致させることが好ましい。

前記各実施例は、導波管を利用しているが、他の導波路
例えばストリップ構造等も同様に利用できる。このとき
は、ＴＥＭモードの電波となるが動作は同様である。

（発明の効果の説明） 以上説明したように、本発明によれば、光から超高周波
へ直接変換が可能になった。

これは従来技術では全く試みられたことがない。これに
より、周波数ロッキング，中間周波検波等の高速度情報
伝送処理ばかりでなく、無線電力伝送等にも有効な新装
置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による光を電波に変換する装置の実施例
を示す斜視図および断面図である。 第２図は本発明による光を電波に変換する装置の他の実
施例を示す斜視図である。 第３図は本発明による光を電波に変換する装置のさらに
他の実施例を示す斜視図である。 １…入射光 ２…超高周波用導波管 ３…超高周波用導波管の反射終端 ４，５…金属的反射面 ６…超高周波の出口 ７…突起 ８…透明誘電体

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】超高周波導波路と、前記超高周波導波路の
   内壁面または内壁面の表面に形成された光を反射する対
   向する金属的反射面と、前記金属的反射面間で光が往復
   反射するように光を入射させる光源とを含み、前記導波
   路は前記光の往復周期に相当する超高周波を導波できる
   ものであって、入射光を電波に変換して出力するように
   構成した光を電波に変換する装置。
2. 【請求項２】前記光源からの光は前記金属的反射面間
   に、前記発生させられた電波の方向に沿って反射を繰り
   返すように入射され、光と電波とについて位相整合が成
   立するように構成した特許請求の範囲第１項記載の光を
   電波に変換する装置。
3. 【請求項３】超高周波導波路は方形導波管である特許請
   求の範囲第１項記載の光を電波に変換する装置。