JP2003124883A - 自由空間光通信システム内の光信号波面の歪みを矯正する方法および装置 - Google Patents
自由空間光通信システム内の光信号波面の歪みを矯正する方法および装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 補償光学系を使用して、送信望遠鏡の光学系
を操作し、送信望遠鏡によって送信される光ビームの波
面の歪みを事前補償する自由空間光通信システムを提供
すること。 【解決手段】 波面の歪みは、受信望遠鏡では、例えば
受信信号の振幅の減少など、受信信号の画像の少なくと
も１つの特徴の変化として表される。波面の歪みを減少
させ、それに対応して受信信号の振幅を増加させるよう
に、送信望遠鏡のミラーを変形させる。
を操作し、送信望遠鏡によって送信される光ビームの波
面の歪みを事前補償する自由空間光通信システムを提供
すること。 【解決手段】 波面の歪みは、受信望遠鏡では、例えば
受信信号の振幅の減少など、受信信号の画像の少なくと
も１つの特徴の変化として表される。波面の歪みを減少
させ、それに対応して受信信号の振幅を増加させるよう
に、送信望遠鏡のミラーを変形させる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、概ねデータ通信シ
ステムに関し、詳細には自由空間光データ通信システム
に関する。
ステムに関し、詳細には自由空間光データ通信システム
に関する。
【０００２】
【従来の技術】物理的なワイヤまたはケーブルで２箇所
以上のサイトを接続する遠隔通信システムは、一般に、
比較的低速、低容量の分野にその適用が限られている。
また、このようなシステムへのケーブルの敷設は高コス
トであり、困難なこともある。敷設方法の選択肢の少な
い混雑した都市部では特にそうである。こうした制限に
対応するため、最近開発されたシステムでは、データを
ある箇所から他の箇所へ伝送するために、そのデータで
変調した１本または複数の光ビームの自由空間伝送を利
用している。２つのネットワーク間に物理的ワイヤによ
る接続が存在する場合にも、このようなビームを使用す
る自由空間システムは、現在のところ最高１０Ｇｂｐｓ
の高速、高容量リンクをネットワーク間に提供してい
る。２つのネットワークがワイヤで物理的にリンクされ
ていない場合、自由空間通信では、システム内のあるサ
イトから他のサイトへのケーブル敷設という、通信シス
テム・インフラストラクチャのコストが避けられる。自
由空間光通信システムは、ケーブルの代わりに、部分的
に少なくとも１つの送信望遠鏡と、少なくとも１つの受
信望遠鏡を備え、２つ以上の通信サイト間でそれぞれ情
報の送信、受信を行っている。
以上のサイトを接続する遠隔通信システムは、一般に、
比較的低速、低容量の分野にその適用が限られている。
また、このようなシステムへのケーブルの敷設は高コス
トであり、困難なこともある。敷設方法の選択肢の少な
い混雑した都市部では特にそうである。こうした制限に
対応するため、最近開発されたシステムでは、データを
ある箇所から他の箇所へ伝送するために、そのデータで
変調した１本または複数の光ビームの自由空間伝送を利
用している。２つのネットワーク間に物理的ワイヤによ
る接続が存在する場合にも、このようなビームを使用す
る自由空間システムは、現在のところ最高１０Ｇｂｐｓ
の高速、高容量リンクをネットワーク間に提供してい
る。２つのネットワークがワイヤで物理的にリンクされ
ていない場合、自由空間通信では、システム内のあるサ
イトから他のサイトへのケーブル敷設という、通信シス
テム・インフラストラクチャのコストが避けられる。自
由空間光通信システムは、ケーブルの代わりに、部分的
に少なくとも１つの送信望遠鏡と、少なくとも１つの受
信望遠鏡を備え、２つ以上の通信サイト間でそれぞれ情
報の送信、受信を行っている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、様々な要因に
よって、自由空間光通信の動作が妨げられることがあ
る。例えば、温度変動、乱気流、または他の現象による
ものを含めて、伝送媒体の屈折特性の変化によって、伝
送された光ビームの波面に歪みが生じることがある。こ
の歪みは、ビーム波面の別々の離散セクションが、ビー
ム進行線に直交する伝送方向から逸脱する「ビーム・テ
ィルト」と呼ばれる現象をもたらすことがある。受信望
遠鏡では、その結果、このようなビーム・ティルトによ
って、受信望遠鏡の焦点面上の受信ビームの画像が動く
という現象が起こる。シンチレーションと呼ばれるビー
ム輝度の振れも起こり得る。これらの現象はいずれも、
通信の著しい品質低下または完全喪失という結果をもた
らしかねない。
よって、自由空間光通信の動作が妨げられることがあ
る。例えば、温度変動、乱気流、または他の現象による
ものを含めて、伝送媒体の屈折特性の変化によって、伝
送された光ビームの波面に歪みが生じることがある。こ
の歪みは、ビーム波面の別々の離散セクションが、ビー
ム進行線に直交する伝送方向から逸脱する「ビーム・テ
ィルト」と呼ばれる現象をもたらすことがある。受信望
遠鏡では、その結果、このようなビーム・ティルトによ
って、受信望遠鏡の焦点面上の受信ビームの画像が動く
という現象が起こる。シンチレーションと呼ばれるビー
ム輝度の振れも起こり得る。これらの現象はいずれも、
通信の著しい品質低下または完全喪失という結果をもた
らしかねない。
【０００４】
【課題を解決するための手段】波面の歪みに関する上記
の問題は、本発明によって軽減される。本発明による
と、補償光学系を使用して送信望遠鏡の光学系を操作
し、上記歪みの少なくとも一部を事前補償する。本明細
書で「補償光学系」とは、少なくとも１つの光学パラメ
ータが、伝送信号の波面を歪ませる現象を指示する信号
などの制御信号に応じて変動する、光学システムを意味
する。このようなシステムへの使用に適し、本明細書で
開示される例示的実施形態に使用される光学系の一例と
して、「Ｔｅｌｅｓｃｏｐｅ Ｆｏｒ Ａ Ｆｒｅｅ−
Ｓｐａｃｅ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏ
ｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ」という名称
の、同時係属の米国特許出願第０９／６７９１５９号に
記載の変形可能なミラーがある。波面の歪みは、受信信
号の画像の少なくとも１つの特徴の変化、例えば受信信
号の振幅の減少として受信望遠鏡に表示される。そうす
ると、送信望遠鏡のミラーを変形させることができ、こ
れにより波面の歪みが減少し、それに対応する結果とし
て受信信号の振幅が増加する。
の問題は、本発明によって軽減される。本発明による
と、補償光学系を使用して送信望遠鏡の光学系を操作
し、上記歪みの少なくとも一部を事前補償する。本明細
書で「補償光学系」とは、少なくとも１つの光学パラメ
ータが、伝送信号の波面を歪ませる現象を指示する信号
などの制御信号に応じて変動する、光学システムを意味
する。このようなシステムへの使用に適し、本明細書で
開示される例示的実施形態に使用される光学系の一例と
して、「Ｔｅｌｅｓｃｏｐｅ Ｆｏｒ Ａ Ｆｒｅｅ−
Ｓｐａｃｅ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏ
ｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ」という名称
の、同時係属の米国特許出願第０９／６７９１５９号に
記載の変形可能なミラーがある。波面の歪みは、受信信
号の画像の少なくとも１つの特徴の変化、例えば受信信
号の振幅の減少として受信望遠鏡に表示される。そうす
ると、送信望遠鏡のミラーを変形させることができ、こ
れにより波面の歪みが減少し、それに対応する結果とし
て受信信号の振幅が増加する。
【０００５】
【発明の実施の形態】図１は、自由空間光通信システム
の、通常の整合動作条件での、従来技術による２つの通
信望遠鏡１０１および１０２を示している。レーザ１３
０が生成する光ビームは、ネットワーク１１０から受信
したデータで変調器１３１によって変調され、光ファイ
バ１０６上を送信される。送信望遠鏡１０１は光ファイ
バ１０６を介して変調光信号を受信する。望遠鏡１０１
の一次ミラー１２０および二次ミラー１２１は、ビーム
が受信望遠鏡１０２の焦点面１２５上に入射するように
変調光ビームを光学的に形成し、送信する。受信望遠鏡
１０２は、一次ミラー１２２および二次ミラー１２３を
含む光学系を利用して、送信されて入射した変調光ビー
ム１０３を、焦点面１２５上の受信光ファイバ１１２上
に集束させる。受信機１２９は受信光ファイバから変調
光信号を受信して電気信号に変換し、データを復調し、
そのデータをネットワーク１０９に転送する。レーザ１
３０および変調器１３１と同様の、レーザと変調器を組
み込むことによって、受信望遠鏡１０２を、光ビームを
送信できるようにすることができることに留意された
い。同様に、受信機１２９と同様の受信機を送信望遠鏡
１０１の電子装置に組み込むことによって、この望遠鏡
を受信可能にすることができる。したがって、システム
の望遠鏡は両方とも、送信機能と受信機能を持つことに
なる。このような送受信の兼用性は、以下に開示する本
発明の実施形態で記述する全ての望遠鏡に適用されるも
のである。
の、通常の整合動作条件での、従来技術による２つの通
信望遠鏡１０１および１０２を示している。レーザ１３
０が生成する光ビームは、ネットワーク１１０から受信
したデータで変調器１３１によって変調され、光ファイ
バ１０６上を送信される。送信望遠鏡１０１は光ファイ
バ１０６を介して変調光信号を受信する。望遠鏡１０１
の一次ミラー１２０および二次ミラー１２１は、ビーム
が受信望遠鏡１０２の焦点面１２５上に入射するように
変調光ビームを光学的に形成し、送信する。受信望遠鏡
１０２は、一次ミラー１２２および二次ミラー１２３を
含む光学系を利用して、送信されて入射した変調光ビー
ム１０３を、焦点面１２５上の受信光ファイバ１１２上
に集束させる。受信機１２９は受信光ファイバから変調
光信号を受信して電気信号に変換し、データを復調し、
そのデータをネットワーク１０９に転送する。レーザ１
３０および変調器１３１と同様の、レーザと変調器を組
み込むことによって、受信望遠鏡１０２を、光ビームを
送信できるようにすることができることに留意された
い。同様に、受信機１２９と同様の受信機を送信望遠鏡
１０１の電子装置に組み込むことによって、この望遠鏡
を受信可能にすることができる。したがって、システム
の望遠鏡は両方とも、送信機能と受信機能を持つことに
なる。このような送受信の兼用性は、以下に開示する本
発明の実施形態で記述する全ての望遠鏡に適用されるも
のである。
【０００６】状況によっては、送信望遠鏡によって送信
される光ビームの波面は、受信望遠鏡の焦点面に到達す
る際に歪みを受けることがあり、その結果、通信信号も
それに対応して変形を受ける。図２に示す通り、このよ
うな歪みは、小型乱流２０４などの乱気流によって、送
信望遠鏡２０１付近で起こることがある。この歪みのた
めに、送信ビーム２０３の波面の諸部分が屈折を起こ
し、送信望遠鏡と受信望遠鏡の間の直接経路から逸れて
しまう。こうなると、波面２０５の離散部分は、波面の
進行線２０７と直交する状態ではなくなる。その結果、
波面のある部分が、他の部分とは異なる時間に受信望遠
鏡に到達し、また、ビーム２０７の進行線に対して異な
った角度で到達する場合もある。波面のある部分は、受
信望遠鏡上に全く入射しないかもしれない。したがっ
て、受信信号の振幅が減少し、受信望遠鏡の焦点面上の
画像がシンチレーションを示すこともある。このこと
は、２つの望遠鏡間の通信品質を著しく低下させ得る。
される光ビームの波面は、受信望遠鏡の焦点面に到達す
る際に歪みを受けることがあり、その結果、通信信号も
それに対応して変形を受ける。図２に示す通り、このよ
うな歪みは、小型乱流２０４などの乱気流によって、送
信望遠鏡２０１付近で起こることがある。この歪みのた
めに、送信ビーム２０３の波面の諸部分が屈折を起こ
し、送信望遠鏡と受信望遠鏡の間の直接経路から逸れて
しまう。こうなると、波面２０５の離散部分は、波面の
進行線２０７と直交する状態ではなくなる。その結果、
波面のある部分が、他の部分とは異なる時間に受信望遠
鏡に到達し、また、ビーム２０７の進行線に対して異な
った角度で到達する場合もある。波面のある部分は、受
信望遠鏡上に全く入射しないかもしれない。したがっ
て、受信信号の振幅が減少し、受信望遠鏡の焦点面上の
画像がシンチレーションを示すこともある。このこと
は、２つの望遠鏡間の通信品質を著しく低下させ得る。
【０００７】図３は、例えば、開口直径３０２が乱気流
への距離３０８をはるかに上回るほどに送信望遠鏡のか
なり近くで上記の品質低下が起こる場合に、通信の品質
低下を事前に補償する、本発明の一実施形態を示す。こ
の場合、送信望遠鏡付近の乱流のビーム波面への影響が
受信望遠鏡で測定されて、送信望遠鏡で事前補償され
る。これを行うために、乱流３０４による信号振幅の減
少を受信望遠鏡で検出して、送信望遠鏡の一次ミラーを
変形させる。この変形を行うために、送信望遠鏡３０１
の制御ユニット３０９は、リード３１１を介して一次ミ
ラー３２０の表面または表面付近に位置する電極３１０
の個々の電圧を様々に変化させる。ミラー３２０と電極
３１０の間に電圧差が生じると、各電極とその電極付近
のミラーの一部分の間に静電力または反発力が発生し、
それがミラーの変形を引き起こす。自由空間レーザ通信
システムでのこのような変形可能なミラーの使用が、上
記係属出願の課題である。電極３１０上の電圧を変化さ
せることにより、ミラー３２０の変形の度合を制御する
ことができる。その結果、離散セクションが意図的に進
行線に直交しない状態にされた波面３０６を備えたビー
ム３０３が送信される。乱流３０４の領域を通過する
と、波面３０６の意図的に変形されたセクションは、平
面波面３０５によって例示されるように、進行線３０７
に直交した状態となる。
への距離３０８をはるかに上回るほどに送信望遠鏡のか
なり近くで上記の品質低下が起こる場合に、通信の品質
低下を事前に補償する、本発明の一実施形態を示す。こ
の場合、送信望遠鏡付近の乱流のビーム波面への影響が
受信望遠鏡で測定されて、送信望遠鏡で事前補償され
る。これを行うために、乱流３０４による信号振幅の減
少を受信望遠鏡で検出して、送信望遠鏡の一次ミラーを
変形させる。この変形を行うために、送信望遠鏡３０１
の制御ユニット３０９は、リード３１１を介して一次ミ
ラー３２０の表面または表面付近に位置する電極３１０
の個々の電圧を様々に変化させる。ミラー３２０と電極
３１０の間に電圧差が生じると、各電極とその電極付近
のミラーの一部分の間に静電力または反発力が発生し、
それがミラーの変形を引き起こす。自由空間レーザ通信
システムでのこのような変形可能なミラーの使用が、上
記係属出願の課題である。電極３１０上の電圧を変化さ
せることにより、ミラー３２０の変形の度合を制御する
ことができる。その結果、離散セクションが意図的に進
行線に直交しない状態にされた波面３０６を備えたビー
ム３０３が送信される。乱流３０４の領域を通過する
と、波面３０６の意図的に変形されたセクションは、平
面波面３０５によって例示されるように、進行線３０７
に直交した状態となる。
【０００８】図４は、上記の歪みを引き起こす送信望遠
鏡付近の障害を補償するために、上述の通り補償光学系
を利用する本発明の図３の実施形態を組み込んだ自由空
間遠隔通信システムを示している。このシステムでは、
レーザ４１９が生成する光ビームを、変調器４１８によ
りネットワーク４１０からのデータで変調する。この変
調光ビームが次いで望遠鏡４０１に伝送され、そこでビ
ーム４０３が成形されて、受信望遠鏡４０２の焦点面に
入射する。光センサ４１１は進入光エネルギーを検出
し、それを電気信号に変換して受信機４３３に転送す
る。受信機４３３はその信号を復調する。次いで復調デ
ータがネットワーク内の所期の宛先４０９に転送され
る。
鏡付近の障害を補償するために、上述の通り補償光学系
を利用する本発明の図３の実施形態を組み込んだ自由空
間遠隔通信システムを示している。このシステムでは、
レーザ４１９が生成する光ビームを、変調器４１８によ
りネットワーク４１０からのデータで変調する。この変
調光ビームが次いで望遠鏡４０１に伝送され、そこでビ
ーム４０３が成形されて、受信望遠鏡４０２の焦点面に
入射する。光センサ４１１は進入光エネルギーを検出
し、それを電気信号に変換して受信機４３３に転送す
る。受信機４３３はその信号を復調する。次いで復調デ
ータがネットワーク内の所期の宛先４０９に転送され
る。
【０００９】しかし、送信望遠鏡付近に歪みが存在する
場合、受信信号の振幅が減少して受信焦点面上の信号の
画像がシンチレーションを起こすことがある。この歪み
を事前補償するために、送信望遠鏡４０１の一次ミラー
を変形させる。ミラーの形が適正に変形されていると、
送信望遠鏡から歪み波面４０６が送信されるが、その
際、送信望遠鏡は、意図的に送信ビーム４０３の波面の
離散部分にビーム・ティルトを導入する。乱気流４０４
のもたらす屈折によって、波面は、その歪みを通過した
後に、直交、またはほぼ直交する波面４０５へと戻る。
場合、受信信号の振幅が減少して受信焦点面上の信号の
画像がシンチレーションを起こすことがある。この歪み
を事前補償するために、送信望遠鏡４０１の一次ミラー
を変形させる。ミラーの形が適正に変形されていると、
送信望遠鏡から歪み波面４０６が送信されるが、その
際、送信望遠鏡は、意図的に送信ビーム４０３の波面の
離散部分にビーム・ティルトを導入する。乱気流４０４
のもたらす屈折によって、波面は、その歪みを通過した
後に、直交、またはほぼ直交する波面４０５へと戻る。
【００１０】上記の変形を行うために、制御ユニット４
０９は、ネットワーク接続４１７を介して受信信号振幅
減少の指示を受け取り、送信望遠鏡４２０の一次ミラー
をランダムにまたは所定パターンに変形させる。これを
行うため、制御ユニット４０９は、変形が望まれるミラ
ー４０１表面の付近に位置する個々の電極４１０に電圧
を加える。ミラー４０１の変形は、電極４１０に加える
電圧を変えることにより様々に変わる。この変形が起こ
ると受信信号の振幅がモニタリングされ、この変形が乱
流の事前補償に成功したか否かが判定される。送信信号
４０３の歪みを事前補償するために、乱流状態４０４の
変化がもたらすかもしれない振幅の減少がないか、受信
信号の振幅が受信望遠鏡４２２で継続的または定期的に
モニタリングされる。
０９は、ネットワーク接続４１７を介して受信信号振幅
減少の指示を受け取り、送信望遠鏡４２０の一次ミラー
をランダムにまたは所定パターンに変形させる。これを
行うため、制御ユニット４０９は、変形が望まれるミラ
ー４０１表面の付近に位置する個々の電極４１０に電圧
を加える。ミラー４０１の変形は、電極４１０に加える
電圧を変えることにより様々に変わる。この変形が起こ
ると受信信号の振幅がモニタリングされ、この変形が乱
流の事前補償に成功したか否かが判定される。送信信号
４０３の歪みを事前補償するために、乱流状態４０４の
変化がもたらすかもしれない振幅の減少がないか、受信
信号の振幅が受信望遠鏡４２２で継続的または定期的に
モニタリングされる。
【００１１】図４のシステム動作の例示的ステップを図
５に示す。ステップ５０１で初期調整信号４０３が生成
される。受信信号の振幅が減少したとステップ５０２で
判定されると、システムは、送信望遠鏡の一次ミラーの
変形を必要とする離散箇所、ならびにこのミラーの各離
散箇所で必要となる変形の大きさと方向を決定する。ス
テップ５０３で、送信望遠鏡の一次ミラーが変形され
る。システムが歪みの事前補償を完了すると、ステップ
５０４で一次通信が始まる。通信の進行中、システム
は、ステップ５０５で、継続的に受信信号の振幅をモニ
タリングして、一次ミラーの変形を変える必要のある変
化がないかチェックする。ステップ５０７で信号振幅に
さらに減少が検出された場合は、本発明は、ステップ５
０６で送信望遠鏡の一次ミラーを再度変形させて、その
歪みの補償を試みる。次いで、信号振幅の増加によって
明らかな通り、システムが補償光学系の使用によって歪
みの事前補償に成功した場合は、ステップ５０８で一次
通信が続行する。ステップ５０９で一次通信期間が終了
していない場合は、システムは、ステップ５０５で引き
続き受信信号振幅をモニタリングして、振幅の減少が起
こらないかをチェックし、必要に応じて、送信望遠鏡の
一次ミラーの歪みの位置や量を変えることによってその
歪みの補償を試みる。
５に示す。ステップ５０１で初期調整信号４０３が生成
される。受信信号の振幅が減少したとステップ５０２で
判定されると、システムは、送信望遠鏡の一次ミラーの
変形を必要とする離散箇所、ならびにこのミラーの各離
散箇所で必要となる変形の大きさと方向を決定する。ス
テップ５０３で、送信望遠鏡の一次ミラーが変形され
る。システムが歪みの事前補償を完了すると、ステップ
５０４で一次通信が始まる。通信の進行中、システム
は、ステップ５０５で、継続的に受信信号の振幅をモニ
タリングして、一次ミラーの変形を変える必要のある変
化がないかチェックする。ステップ５０７で信号振幅に
さらに減少が検出された場合は、本発明は、ステップ５
０６で送信望遠鏡の一次ミラーを再度変形させて、その
歪みの補償を試みる。次いで、信号振幅の増加によって
明らかな通り、システムが補償光学系の使用によって歪
みの事前補償に成功した場合は、ステップ５０８で一次
通信が続行する。ステップ５０９で一次通信期間が終了
していない場合は、システムは、ステップ５０５で引き
続き受信信号振幅をモニタリングして、振幅の減少が起
こらないかをチェックし、必要に応じて、送信望遠鏡の
一次ミラーの歪みの位置や量を変えることによってその
歪みの補償を試みる。
【００１２】上述の内容は、単に本発明の原理を例示し
たものにすぎない。したがって、当業者は、本明細書で
明確に記述または図示されていなくとも、本発明の原理
を実現しかつその精神および範囲に含まれる様々な装置
を考案することができることを理解されたい。さらに、
ここで述べた全ての例および条件を表す言葉は、明らか
に、読者が本発明の原理を理解する助けとなるためのも
のにすぎず、具体的に述べたかかる例や条件に限定する
ものではないと解釈すべきものである。また、本発明の
態様および実施形態、ならびにその具体例を述べる本明
細書の全ての記述は、その機能的均等物を含むものとす
る。
たものにすぎない。したがって、当業者は、本明細書で
明確に記述または図示されていなくとも、本発明の原理
を実現しかつその精神および範囲に含まれる様々な装置
を考案することができることを理解されたい。さらに、
ここで述べた全ての例および条件を表す言葉は、明らか
に、読者が本発明の原理を理解する助けとなるためのも
のにすぎず、具体的に述べたかかる例や条件に限定する
ものではないと解釈すべきものである。また、本発明の
態様および実施形態、ならびにその具体例を述べる本明
細書の全ての記述は、その機能的均等物を含むものとす
る。
【００１３】本明細書の図は、自由空間光通信のため
の、データで変調した光ビームと光学望遠鏡の概念図を
表している。光学構成要素の図は、必ずしも一定の縮尺
で示されているわけではなく、そのような構成要素の、
可能な物理的配置を表しているにすぎない。図に示され
た光ファイバは、望遠鏡とネットワーク宛先の間でデー
タを伝送するためのメカニズムを表すにすぎない。望遠
鏡からネットワーク宛先へデータを伝える他のどんな通
信方法を、図に示した方法の代わりに使用することもで
きる。
の、データで変調した光ビームと光学望遠鏡の概念図を
表している。光学構成要素の図は、必ずしも一定の縮尺
で示されているわけではなく、そのような構成要素の、
可能な物理的配置を表しているにすぎない。図に示され
た光ファイバは、望遠鏡とネットワーク宛先の間でデー
タを伝送するためのメカニズムを表すにすぎない。望遠
鏡からネットワーク宛先へデータを伝える他のどんな通
信方法を、図に示した方法の代わりに使用することもで
きる。
【００１４】加えて、ここに開示した実施形態は、乱気
流によってもたらされる波面の歪みの事前補償を扱って
いるが、潜在的に本発明によって事前補償できる、この
ような歪みの原因が他にも多数存在する。例えば、光ビ
ームが、窓ガラスなどの送信望遠鏡付近に位置する材料
を通過しても、重大な波面の歪みが起こり得る。本発明
の方法および装置は、波面の歪みが生じると、少なくと
も部分的にそれを矯正する。
流によってもたらされる波面の歪みの事前補償を扱って
いるが、潜在的に本発明によって事前補償できる、この
ような歪みの原因が他にも多数存在する。例えば、光ビ
ームが、窓ガラスなどの送信望遠鏡付近に位置する材料
を通過しても、重大な波面の歪みが起こり得る。本発明
の方法および装置は、波面の歪みが生じると、少なくと
も部分的にそれを矯正する。
【００１５】ここに開示した本発明の実施形態の他の態
様も、本質的に例示的なものにすぎない。例えば、ここ
に提示した実施形態は、望遠鏡間の情報伝達に従来型の
ネットワーク接続を利用しているが、無線による通信方
法をこの代わりに使用することもできる。この場合、通
信システムは、一次通信信号への干渉を避けるために、
フィードバック信号用に異なる波長を用いることができ
る。また、本発明で開示の実施形態は、送信望遠鏡のミ
ラー表面付近の電極に加える電圧を変化させることによ
り、一次ミラーを静電気的に変形させている。しかし、
受信望遠鏡の他のミラーを変形させても同一の結果が得
られる。本発明の実施形態と同じ結果を達成するため
に、通信システムのどのミラーを変形させてもよいこと
は、当業者に明らかであろう。また、ミラーの離散セク
ションを変形させるためにここで用いた静電気効果に代
わりに使用できる、圧電ドライバや機械ねじなどの周知
の方法も多数ある。通信システムのミラーを変形させる
どのような方法も、本発明に包含されるものである。
様も、本質的に例示的なものにすぎない。例えば、ここ
に提示した実施形態は、望遠鏡間の情報伝達に従来型の
ネットワーク接続を利用しているが、無線による通信方
法をこの代わりに使用することもできる。この場合、通
信システムは、一次通信信号への干渉を避けるために、
フィードバック信号用に異なる波長を用いることができ
る。また、本発明で開示の実施形態は、送信望遠鏡のミ
ラー表面付近の電極に加える電圧を変化させることによ
り、一次ミラーを静電気的に変形させている。しかし、
受信望遠鏡の他のミラーを変形させても同一の結果が得
られる。本発明の実施形態と同じ結果を達成するため
に、通信システムのどのミラーを変形させてもよいこと
は、当業者に明らかであろう。また、ミラーの離散セク
ションを変形させるためにここで用いた静電気効果に代
わりに使用できる、圧電ドライバや機械ねじなどの周知
の方法も多数ある。通信システムのミラーを変形させる
どのような方法も、本発明に包含されるものである。
【００１６】最後に、波面の歪みを事前補償するため
に、送信望遠鏡に補償光学系を使用するどのような方法
も本発明に含まれる。例えば、レンズをミラーの機能的
均等物として使用することもできる。加えて、通信光ビ
ームの波面を変形させるためにセグメント・ミラーを使
用することは、多数の離散の位置で単一のミラーを変形
させることと機能的に均等である。セグメント・ミラー
は、通信信号の波面を変形させるために、単一で連続し
た一次または二次ミラーを使用する代わりに、それぞれ
独立に可動で同じ効果を達成する多数の小型ミラーを備
える。そのような方法またはその機能的均等物も、ここ
に開示した本発明に明らかに包含されるものである。
に、送信望遠鏡に補償光学系を使用するどのような方法
も本発明に含まれる。例えば、レンズをミラーの機能的
均等物として使用することもできる。加えて、通信光ビ
ームの波面を変形させるためにセグメント・ミラーを使
用することは、多数の離散の位置で単一のミラーを変形
させることと機能的に均等である。セグメント・ミラー
は、通信信号の波面を変形させるために、単一で連続し
た一次または二次ミラーを使用する代わりに、それぞれ
独立に可動で同じ効果を達成する多数の小型ミラーを備
える。そのような方法またはその機能的均等物も、ここ
に開示した本発明に明らかに包含されるものである。
【図１】通常の通信条件での、従来技術の望遠鏡装置を
使用した光通信システムを示す図である。
使用した光通信システムを示す図である。
【図２】乱気流が送信ビームの波面の歪みを引き起こし
ている、従来技術の望遠鏡装置を使用した光通信システ
ムを示す図である。
ている、従来技術の望遠鏡装置を使用した光通信システ
ムを示す図である。
【図３】補償光学系の使用によって変形され、それによ
り乱気流に対して事前補償を行うことのできる、本発明
によるシステムの送信望遠鏡を示す図である。
り乱気流に対して事前補償を行うことのできる、本発明
によるシステムの送信望遠鏡を示す図である。
【図４】本発明の原理による補償光学系を利用して送信
ビームの波面の歪みを補償する光通信システムを示す図
である。
ビームの波面の歪みを補償する光通信システムを示す図
である。
【図５】図４のシステム動作の例示的なステップを示す
フロー・チャートである。
フロー・チャートである。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考）
Ｈ０４Ｂ 10/18
10/22
(72)発明者 ジョン アンソニー タイソン
アメリカ合衆国 07979 ニュージャーシ
ィ，ポッタースヴィル，ボックス 165
Ｆターム(参考） 2H039 AA02
2H041 AA11 AA23 AB14 AB38 AC06
AZ05
5K102 AA01 AL21 KA12 KA42 MA01
MB01 MB20 MC06 MD01 MD04
MH03 MH14 MH27 RB02
Claims (10)
- 【請求項１】 通信信号を送信する送信望遠鏡であっ
て、 光ビームを受信望遠鏡に送信する手段と、 前記送信望遠鏡から前記ビームが送信された後に起こる
前記ビームの波面の歪みの影響を補償するように前記送
信手段を調整する手段とを備える送信望遠鏡。 - 【請求項２】 前記調整手段が、前記波面の歪みを示る
信号の関数として前記送信手段を調整する請求項１に記
載の送信望遠鏡。 - 【請求項３】 前記信号が、受信望遠鏡における通信信
号の振幅の減少を示す請求項２に記載の送信望遠鏡。 - 【請求項４】 少なくとも１つの送信望遠鏡と少なくと
も１つの受信望遠鏡を備えた自由空間光通信システムの
光信号の波面の歪みを減少させる装置であって、 光信号を送信望遠鏡から受信望遠鏡に送信する手段と、 屈折率の変動によって特徴づけられる大気ボリュームを
通過したときに、そうでないときよりも波面が歪みが少
ない状態になるように、前記信号の波面を歪ませる手段
とを備える装置。 - 【請求項５】 前記歪ませる手段が、前記波面の歪みを
示す信号の関数として前記波面を歪ませる請求項４に記
載の装置。 - 【請求項６】 前記送信手段が、光信号を形成するため
に使用される複数のミラーを備える請求項４に記載の装
置。 - 【請求項７】 受信望遠鏡における光信号の振幅減少の
検出に応答して、前記波面の歪みを示す前記信号を発生
する請求項５に記載の装置。 - 【請求項８】 自由空間光通信システムで使用するため
の方法であって、 送信望遠鏡から光ビームを送信するステップと、 前記光ビームの波面の歪みの指標を受信するステップ
と、 乱気流を通過したときに、そうでないときよりも前記ビ
ームの進行線により直交した状態となる波面を発生させ
るように、前記送信望遠鏡の光学系を変形させるステッ
プを含む方法。 - 【請求項９】 送信望遠鏡の光学系を変形させるステッ
プが、前記光学系の少なくとも１つの表面の離散セクシ
ョンを変形させるように動作する複数の静電力を発生さ
せるステップを含む請求項８に記載の方法。 - 【請求項１０】 前記光学系が、送信望遠鏡の少なくと
も１つのミラーを備える請求項９に記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US09/896,804 US20030034432A1 (en) | 2001-06-29 | 2001-06-29 | Method and apparatus for the correction of optical signal wave front distortion within a free-space optical communication system |
| US09/896804 | 2001-06-29 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003124883A true JP2003124883A (ja) | 2003-04-25 |
Family
ID=25406872
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002188851A Pending JP2003124883A (ja) | 2001-06-29 | 2002-06-28 | 自由空間光通信システム内の光信号波面の歪みを矯正する方法および装置 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20030034432A1 (ja) |
| EP (1) | EP1271806A1 (ja) |
| JP (1) | JP2003124883A (ja) |
| CN (1) | CN1394007A (ja) |
| CA (1) | CA2382635A1 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012531824A (ja) * | 2009-06-25 | 2012-12-10 | ザ・ボーイング・カンパニー | 地表上及び地表下の波面管理 |
| WO2015120074A1 (en) * | 2014-02-04 | 2015-08-13 | University Of Florida Research Foundation, Inc. | Photonic synthesis of large aperture telescopes from multi-telescope arrays |
| WO2017010605A1 (ko) * | 2015-07-15 | 2017-01-19 | 한국과학기술원 | 펨토초 레이저의 광빗을 이용한 대기 중의 위상 노이즈의 자동 보상을 통한 자유공간 가간섭 광통신 장치 및 방법 |
| KR101820652B1 (ko) | 2017-07-19 | 2018-01-23 | 한국과학기술원 | 펨토초 레이저의 광빗을 이용한 대기 중의 위상 노이즈의 자동 보상을 통한 자유공간 가간섭 광통신 장치 및 방법 |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004068745A1 (en) * | 2003-01-17 | 2004-08-12 | Hrl Laboratories, Llc | An adaptive optical system compensating for phase fluctuations |
| US7593641B2 (en) * | 2003-11-10 | 2009-09-22 | Harris Corporation | System and method of free-space optical satellite communications |
| DE102008003089A1 (de) * | 2007-08-06 | 2009-02-26 | Siemens Ag | Datenübertragungssystem und Verfahren zum Übertragen von Daten in einem Datenübertragungssystem |
| US9140896B2 (en) * | 2013-10-11 | 2015-09-22 | The Johns Hopkins University | Active beam shaping system and method using sequential deformable mirrors |
| US10484095B2 (en) | 2017-06-15 | 2019-11-19 | The Aerospace Corporation | Communications relay satellite with a single-axis gimbal |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4635299A (en) * | 1985-06-11 | 1987-01-06 | United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force | Discrete phase conjugate technique for precompensation of laser beams transmitted through turbulence |
| US5406412A (en) * | 1993-06-17 | 1995-04-11 | Visidyne, Inc. | High-resolution synthetic aperture adaptive optics system |
| US5966229A (en) * | 1997-06-18 | 1999-10-12 | At&T Corp. | Free-space optical communications system with open loop transmitter control |
| JP2003531515A (ja) * | 2000-04-07 | 2003-10-21 | ザ・リージェンツ・オブ・ジ・ユニバーシティ・オブ・カリフォルニア | 遠隔呼掛け高データ転送速度自由空間レーザ通信リンク |
| EP1154591B1 (en) * | 2000-05-10 | 2003-09-24 | Lucent Technologies Inc. | Method and apparatus for communication signal autotracking in a free space optical transmission system |
| US6657783B1 (en) * | 2000-10-05 | 2003-12-02 | Lucent Technologies Inc. | Method and apparatus for aligning telescopes within a free-space optical communication system |
-
2001
- 2001-06-29 US US09/896,804 patent/US20030034432A1/en not_active Abandoned
-
2002
- 2002-03-06 EP EP02251579A patent/EP1271806A1/en not_active Withdrawn
- 2002-04-19 CA CA002382635A patent/CA2382635A1/en not_active Abandoned
- 2002-06-25 CN CN02123384A patent/CN1394007A/zh active Pending
- 2002-06-28 JP JP2002188851A patent/JP2003124883A/ja active Pending
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| WO2015120074A1 (en) * | 2014-02-04 | 2015-08-13 | University Of Florida Research Foundation, Inc. | Photonic synthesis of large aperture telescopes from multi-telescope arrays |
| US9995882B2 (en) | 2014-02-04 | 2018-06-12 | University Of Florida Research Foundation, Inc. | Photonic synthesis of large aperture telescopes from multi-telescope arrays |
| WO2017010605A1 (ko) * | 2015-07-15 | 2017-01-19 | 한국과학기술원 | 펨토초 레이저의 광빗을 이용한 대기 중의 위상 노이즈의 자동 보상을 통한 자유공간 가간섭 광통신 장치 및 방법 |
| US10425155B2 (en) | 2015-07-15 | 2019-09-24 | Korea Advanced Institute Of Science And Technology | Device and method for free space coherent optical communication by means of automatic compensation for phase noise in atmosphere using femtosecond laser optical comb |
| KR101820652B1 (ko) | 2017-07-19 | 2018-01-23 | 한국과학기술원 | 펨토초 레이저의 광빗을 이용한 대기 중의 위상 노이즈의 자동 보상을 통한 자유공간 가간섭 광통신 장치 및 방법 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP1271806A1 (en) | 2003-01-02 |
| CA2382635A1 (en) | 2002-12-29 |
| CN1394007A (zh) | 2003-01-29 |
| US20030034432A1 (en) | 2003-02-20 |
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