JP2003307567A - コヒーレントレーザレーダ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来の装置が複雑化するという課題があっ
た。 【解決手段】 レーザ光源１２と、前記レーザ光源から
のレーザ光を分割する第１カプラ１３と、前記第１カプ
ラからのレーザ光を変調する光変調器１４と、前記光変
調器からのレーザ光を増幅する光ファイバ増幅器１６
と、前記光ファイバ増幅器からのレーザ光の偏光面を４
５°回転させる４５°ファラデーローテータ１８と、前
記光ファイバ増幅器により増幅されたレーザ光を目標に
向けて照射し、目標からの散乱光を受光する送受光学系
１７と、送信光と受信光を分離する送受信光分離部１５
と、前記第１カプラからのレーザ光と受信光を混合する
第２カプラ１９と、混合光を光ヘテロダイン検波する光
受信器２０と、前記光受信器からの受信信号から目標の
情報を抽出する信号処理器２１とを備えた。 【効果】 単純な構成で偏波変動を補償し、送信光の透
過損失を低減でき、光ヘテロダイン検波効率を高くでき
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、レーザレーダ装
置に関するものである。特に、目標の距離、速度、密度
分布、速度分布等の物理情報を測定することを目的と
し、光源に光ファイバ増幅器を用い、かつ光学部品を光
ファイバで結合したコヒーレントレーザレーダ装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】レーザ光を用いたコヒーレントレーザレ
ーダ装置は、大気中のエアロゾルでも十分な散乱強度が
得られるため、晴天時でも風速や風速分布の測定ができ
る。このため、コヒーレントレーザレーダ装置は、空港
設置や航空機搭載の乱気流を含む障害物検知装置として
期待されている。

【０００３】コヒーレントレーザレーダ装置には、送信
光源に光ファイバ増幅器を用いたものがある。

【０００４】従来のコヒーレントレーザレーダ装置につ
いて図面を参照しながら説明する。図６は、例えばG.
N. PersonおよびJ. Eacockにより11th Coherent Laser
RadarConference（Malvern, Worcestershire, UK, July
2001）のProceedings (p.144-146)に示された送信光源
に光ファイバ増幅器を用いた従来のコヒーレントレーザ
レーダ装置の構成を示す図である。

【０００５】図６において、１は単一波長で発振したレ
ーザ光を光ファイバ出力するレーザ光源、２は光ファイ
バ型の第１の光カプラ、３は光変調器、４は光ファイバ
増幅器、５は送受信光分離部、６は送受光学系、７は光
ファイバ型の第２の光カプラ、８は光受信器、９は信号
処理器、１０は第１の偏波制御器、１１は第２の偏波制
御器である。

【０００６】また、同図において、３１は第１の結合光
学系、３２は偏光子、３３は１／４波長板、３４は第２
の結合光学系である。これら第１の結合光学系３１〜第
２の結合光学系３４の光学部品は、送受信光分離部５を
構成する。図中、レーザ光源１から送受信光分離部５ま
で、レーザ光源１から光受信器８まで、および、送受信
光分離部５から光受信器８までの光学部品は、インライ
ンファイバ型の光学部品であり、それぞれシングルモー
ド光ファイバ（ＳＭＦ）により結合される。

【０００７】つぎに、従来のコヒーレントレーザレーダ
装置の動作について図面を参照しながら説明する。

【０００８】単一波長（周波数：ｆ_０）で発振するレー
ザ光源１からのレーザ光は、第１の光カプラ２により２
分岐され、一方はローカル光に用いられ、他方は光変調
器３により変調される。ここでは、光変調器３はパルス
駆動された音響光学（ＡＯ）素子であり、上記レーザ光
の光周波数を周波数ｆ_ＩＦだけ周波数シフトし、かつパ
ルスレーザ光に変調して出力する。上記パルス化された
変調光は光ファイバ増幅器４で増幅された後、送受信光
分離部５を介して、送受光学系６より目標に向けて照射
される。

【０００９】目標からの散乱光は、送信光とは逆の経路
を経て受信される。このとき受信光の周波数は、目標の
速度に応じたドップラーシフト（ドップラー周波数：ｆ
ｄ）を受けている。受信光は送受信光分離部５において
送信光と分離され、第２の光カプラ７において、上記ロ
ーカル光と混合される。上記受信光とローカル光の混合
光は光受信器８において光コヒーレント検波され、その
ビート信号が出力される。上記ビート信号は信号処理器
９において信号処理され、受信光の受信強度、ラウンド
トリップ時間およびドップラー周波数から目標までの距
離、速度、密度分布、速度分布といった物理情報を測定
する。

【００１０】送受信光分離部５では、偏光を用いて送受
信光の分離を行っている。光ファイバ増幅器４からのパ
ルスレーザ光は送信光に用いられ、第１の結合光学系３
１により略平行ビームとして偏光子３２に入射される。
偏光子３２は紙面に対して平行な偏光成分を透過し、紙
面対して垂直な偏光成分を反射するように設定されてい
る。偏光子３２を透過した送信光は、紙面に対して平行
な直線偏光となる。さらに、１／４波長板３３を透過す
ることにより円偏光に変換されたのち、光送受光学系６
に送られる。目標の散乱による偏波変動がないものとす
ると、送受光学系６からの受信光は円偏光であり、１／
４波長板３３を透過することにより紙面対して垂直な直
線偏光に変換される。直線偏光に変換された受信光は偏
光子３２で反射され、第２の結合光学系３４を介して、
第２の光カプラ７に至る光ファイバに結合される。

【００１１】送信光の送受信光分離部５における透過損
失を最小にするためには、光ファイバ増幅器４からの送
信光を紙面に対して平行な直線偏光とする必要がある。
このため、第１の偏波制御器１０により、光ファイバ増
幅器４からの送信光は紙面に対して平行な直線偏光とな
るように設定される。

【００１２】また、光ヘテロダイン検波においては、検
波効率を最大にするためにはローカル光と受信光の偏波
面を一致させる必要がある。このため、第２の偏波制御
器１１により、ローカル光の偏波面を受信光の偏波面に
略一致するように設定している。

【００１３】上述の従来例は、光変調器３にパルス変調
器としてパルス駆動された音響光学（ＡＯ）素子を用い
ており、パルス型のコヒーレントレーザレーダ装置の構
成となっている。

【００１４】光変調器３を用いない、または固定周波数
シフトを与える周波数シフタとした場合は、ＣＷ型のコ
ヒーレントレーザレーダ装置となる。

【００１５】また、光変調器３に強度、位相、周波数の
いずれかまたは複数を変調する変調器を用い、光変調器
３を通過する上記レーザ光を擬似ランダム系列（例え
ば、Ｍ系列）に従って変調し、信号処理器９において復
調を行えば、擬似ランダム変調ＣＷ型のコヒーレントレ
ーザレーダ装置となる。上記に示した構成において、目
標までの距離、速度、密度分布、速度分布といった物理
情報のいずれかまたは複数を測定することが可能であ
る。

【００１６】上記に示した各光学部品を光ファイバで結
合したコヒーレントレーザレーダ装置では、上記光ファ
イバにシングルモード光ファイバを用いている。このシ
ングルモード光ファイバは、設置方法と環境条件により
与えられる応力およびその揺らぎのため、屈折率分布が
変動する。このため、シングルモード光ファイバは、複
屈折性を持ち、かつその程度は変動する。したがって、
シングルモード光ファイバ伝播する光の偏波面が変化す
るとともに揺らぐことになる。よって、上記の構成にお
いて、シングルモードファイバ中をローカル光、送信
光、受信光が伝搬するため、伝播中にそれぞれの光の偏
波面が変動する。送信光の偏波変動は送信光の送受信光
分離部５における透過損失となり、ローカル光および受
信光の偏波変動は、光ヘテロダイン検波における両者に
偏波面不一致による損失となっていた。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】上述したような従来の
コヒーレントレーザレーダ装置では、前述した偏波変動
による損失を小さくするため、第１の偏波制御器１０、
及び第２の偏波制御器１１により、送信光およびローカ
ル光の偏波面を制御している。しかし、温度、振動等の
環境条件によりシングルモード光ファイバを伝搬する光
の偏波面は時々刻々と変化する。このため、偏波変動損
失を補償するためには、第１の偏波制御器１０、及び第
２の偏波制御器１１に常にフィードバックを駆ける必要
があり、装置が複雑化するという問題点があった。

【００１８】また、この偏波変動損失を補償するために
は、装置内に用いる光ファイバを偏波保存型光ファイバ
とし、光ファイバ増幅器をはじめとする光学部品を偏波
保存型とすることにより可能である。しかし、光学部品
を偏波保存型とすることは、特に、高出力の光ファイバ
増幅器において得ることは困難であり、また、もし得ら
れたとしてもシングルモード光ファイバ型の光ファイバ
増幅器に比べて非常に高額なものになるという問題点が
あった。

【００１９】以上のように、各光学部品を光ファイバで
結合したコヒーレントレーザレーダ装置では、シングル
モードファイバ中をローカル光、送信光、受信光が伝搬
するため、伝播中にそれぞれの光の偏波面が変動する。
このため、送信光の透過損失や光ヘテロダイン検波にお
けるローカル光と受信光の偏波面不一致による損失が発
生していた。

【００２０】この発明は、前述した問題点を解決するた
めになされたもので、フィードバック制御のような複雑
な系や全ての光学部品を偏波保存型にすることなく、単
純な構成で偏波変動を補償し、送信光の透過損失を低減
でき、光ヘテロダイン検波効率を高くすることができる
コヒーレントレーザレーダ装置を得ることを目的とす
る。

【００２１】

【課題を解決するための手段】この発明の請求項１に係
るコヒーレントレーザレーダ装置は、直線偏光したレー
ザ光を発振するレーザ光源と、前記レーザ光源からのレ
ーザ光を分割する偏波保存型の光学素子である光分岐部
と、前記光分岐部からのレーザ光を変調する偏波保存型
の光学素子である光変調器と、前記光変調器からのレー
ザ光を増幅する光ファイバ増幅器と、前記光ファイバ増
幅器からのレーザ光の偏光面を４５°回転させる４５°
ファラデーローテータと、前記光ファイバ増幅器により
増幅されたレーザ光を、前記４５°ファラデーローテー
タを介して、目標に向けて照射し、前記目標からの散乱
光を受光する送受光学系と、前記光変調器からの送信光
と前記光ファイバ増幅器からの受信光を分離する送受信
光分離部と、前記光分岐部からのレーザ光と前記送受信
光分離部からの受信光を混合する偏波保存型の光学素子
である光混合部と、前記光混合部からの混合光を光ヘテ
ロダイン検波する光受信器と、前記光受信器からの受信
信号から目標の情報を抽出する信号処理器と、前記レー
ザ光源から前記光分岐部及び前記光変調器を経て前記送
受信光分離部までの光路、前記光分岐部から前記光混合
部までの光路、及び前記送受信光分離部から前記光混合
部を経て前記光受信器までの光路を結合する偏波保存型
シングルモード光ファイバと、前記送受信光分離部から
前記光ファイバ増幅器及び前記４５°ファラデーローテ
ータを経て前記送受光学系までの光路を結合するシング
ルモード光ファイバとを備えたものである。

【００２２】この発明の請求項２に係るコヒーレントレ
ーザレーダ装置は、前記送受信光分離部が、前記光変調
器と結合する第１の結合光学系と、前記光ファイバ増幅
器と結合する第２の結合光学系と、前記光混合部と結合
する第３の結合光学系と、前記第１の結合光学系からの
送信光を前記第２の結合光学系へ透過するとともに、前
記第２の結合光学系からの受信光を前記第３の結合光学
系へ反射する偏光子とを有するものである。

【００２３】この発明の請求項３に係るコヒーレントレ
ーザレーダ装置は、前記送受信光分離部が、前記光変調
器からの送信光を前記光ファイバ増幅器へ透過するとと
もに、前記光ファイバ増幅器からの受信光を前記光混合
部へ反射する偏波分離素子と、前記偏波分離素子からの
不必要な偏光成分を無反射端末処理するターミネータと
を有するものである。

【００２４】この発明の請求項４に係るコヒーレントレ
ーザレーダ装置は、直線偏光したレーザ光を発振するレ
ーザ光源と、前記レーザ光源からのレーザ光を分割する
偏波保存型の光学素子である光分岐部と、前記光分岐部
からのレーザ光を増幅する光ファイバ増幅器と、前記光
ファイバ増幅器からのレーザ光の偏光面を４５°回転さ
せる４５°ファラデーローテータと、前記光ファイバ増
幅器により増幅されたレーザ光を、前記４５°ファラデ
ーローテータを介して、目標に向けて照射し、前記目標
からの散乱光を受光する送受光学系と、前記光分岐部か
らの送信光と前記光ファイバ増幅器からの受信光を分離
する送受信光分離部と、前記光分岐部からのレーザ光と
前記送受信光分離部からの受信光を混合する偏波保存型
の光学素子である光混合部と、前記光混合部からの混合
光を光ヘテロダイン検波する光受信器と、前記光受信器
からの受信信号から目標の情報を抽出する信号処理器
と、前記レーザ光源から前記光分岐部を経て前記送受信
光分離部までの光路、前記光分岐部から前記光混合部ま
での光路、及び前記送受信光分離部から前記光混合部を
経て前記光受信器までの光路を結合する偏波保存型シン
グルモード光ファイバと、前記送受信光分離部から前記
光ファイバ増幅器及び前記４５°ファラデーローテータ
を経て前記送受光学系までの光路を結合するシングルモ
ード光ファイバとを備えたものである。

【００２５】この発明の請求項５に係るコヒーレントレ
ーザレーダ装置は、前記送受信光分離部が、前記光分岐
部と結合する第１の結合光学系と、前記光ファイバ増幅
器と結合する第２の結合光学系と、前記光混合部と結合
する第３の結合光学系と、前記第１の結合光学系からの
送信光を前記第２の結合光学系へ透過するとともに、前
記第２の結合光学系からの受信光を前記第３の結合光学
系へ反射する偏光子とを有するものである。

【００２６】この発明の請求項６に係るコヒーレントレ
ーザレーダ装置は、前記送受信光分離部が、前記光分岐
器からの送信光を前記光ファイバ増幅器へ透過するとと
もに、前記光ファイバ増幅器からの受信光を前記光混合
部へ反射する偏波分離素子と、前記偏波分離素子からの
不必要な偏光成分を無反射端末処理するターミネータと
を有するものである。

【００２７】この発明の請求項７に係るコヒーレントレ
ーザレーダ装置は、前記４５°ファラデーローテータ、
及び前記送受光学系を収める光学系部と、前記信号処理
器を除く、前記４５°ファラデーローテータ、及び前記
送受光学系以外の光学部品を収める本体部とに分け、前
記光学系部と前記本体部とを所定の長さのシングルモー
ド光ファイバで結合するものである。

【００２８】

【発明の実施の形態】実施の形態１．この発明の実施の
形態１に係るコヒーレントレーザレーダ装置について図
面を参照しながら説明する。図１は、この発明の実施の
形態１に係るコヒーレントレーザレーダ装置の構成を示
す図である。なお、各図中、同一符号は同一又は相当部
分を示す。

【００２９】図１において、１２は直線偏光したレーザ
光を発振するレーザ光源、１３はレーザ光源１２からの
レーザ光を分割する光分岐部である第１カプラ、１４は
第１カプラ１３からのレーザ光の一方を変調する光変調
器、１５は送受信光分離部、１６は光ファイバ増幅器、
１７は光ファイバ増幅器１６により増幅されたレーザ光
を目標に向けて照射し、目標からの散乱光を受光する送
受光学系、１８は４５°ファラデーローテータ、１９は
第１カプラ１３からのレーザ光と送受光学系１７からの
受信光を混合する光混合部である第２カプラ、２０は第
２カプラ１９からの混合光を光ヘテロダイン検波する光
受信器、２１は光受信器２０からの受信信号から目標の
情報を抽出する信号処理器である。

【００３０】また、同図において、レーザ光源１２から
光受信器２０に至る各光学素子は、シングルモード光フ
ァイバにより結合される。そのうち、レーザ光源１２か
ら送受信光分離部１５までの間（送信光の経路）、第１
カプラ１３から第２カプラ１９までの間（ローカル光の
経路）、さらに、送受信光分離部１５から光受信器２０
までの間（受信光及び混合光の経路）のシングルモード
光ファイバは、偏波保存型で構成される。また、第１カ
プラ１３、光変調器１４及び第２カプラ１９は、偏波保
存型の光学素子である。

【００３１】レーザ光源１２から偏波保存型光ファイバ
に出力される、紙面に対して平行に直線偏光したレーザ
光は、第１カプラ１３において２つに分岐される。分岐
されたレーザ光の一方は送信光として、他方は光コヒー
レント検波のローカル光として用いられる。光変調器１
４は、第１カプラ１３で分岐されたレーザ光の一方を変
調する。この変調されたレーザ光は、送受信光分離部１
５を介して光ファイバ増幅器１６に送られる。光変調器
１４からの変調光は、光ファイバ増幅器１６で増幅さ
れ、４５°ファラデーローテータ１８を介して、送受光
学系１７により目標に向けて照射される。

【００３２】目標からの散乱光は、送信光とは逆の経路
を経て受信される。このとき、受信光の周波数は、目標
の速度に応じたドップラーシフトを受けている。この受
信光は、送受信光分離部１５において送信光と分離さ
れ、第２カプラ１９に送られる。この第２カプラ１９で
は、第１カプラ１３からの他方のレーザ光であるローカ
ル光と送受光学系１７からの受信光とを混合する。光受
信器２０では、第２カプラ１９からの混合光を光コヒー
レント検波し、受信光とローカル光のビート信号を出力
する。信号処理器２１では、上記ビート信号を信号処理
し、受信光の受信強度、ラウンドトリップ時間、ドップ
ラー周波数から目標までの距離、速度、密度分布、速度
分布といった物理情報を測定する。

【００３３】図２は、この発明の実施の形態１に係るコ
ヒーレントレーザレーダ装置の送受信光分離部の構成を
示す図である。

【００３４】この送受信光分離部１５は、偏光を用いて
送受信光の分離を行う偏光分離型である。図２におい
て、３５は偏光子、３６、３７、３８はそれぞれ第１、
第２、第３の結合光学系である。光変調器１４からの送
信光は、偏波保存型のファイバと光学部品を経ているの
で、紙面に平行な直線偏光である。よって、送信光は、
偏光子３５をほとんど損失なしに透過し、光ファイバ増
幅器１６に出力される。

【００３５】図１に示すように、光ファイバ増幅器１６
の入射側に送受信光分離部１５を、出射側の送受光学系
１７の直前に４５°ファラデーローテータ１８をそれぞ
れ設置している。受信光は、４５°ファラデーローテー
タ１８を２回通過するので、送信光の偏光面から９０°
回転している。受信光は、光ファイバ増幅器１６を通過
し、送受信光分離部１５により送信光と分離される。光
ファイバ増幅器１６を含む送受信光分離部１５と４５°
ファラデーローテータ１８の間の受信光および送信光の
伝送路は、シングルモードファイバで構成しているた
め、シングルモードファイバの屈折率揺らぎにより偏波
面が変動する。しかしながら、上記の構成により、送受
信光分離部１５と４５°ファラデーローテータ１８の間
を受信光は光の偏光面を９０°回転して２回通過してい
るので、送受信光分離部１５と４５°ファラデーローテ
ータ１８の間の偏波変動を補償することができる。よっ
て、光ファイバ増幅器１６を含む送受信光分離部１５と
４５°ファラデーローテータ１８の間の偏波変動の如何
に拘わらず、受信光は送受信光分離部１５において紙面
に対して垂直な直線偏光となる。この受信光は偏光子３
５において、ほとんど損失なしに反射され、第２カプラ
１９へ出力される。

【００３６】ここで、送受信光分離部１５と４５°ファ
ラデーローテータ１８の間の偏波変動を補償できること
を図３を用いて詳細に説明する。

【００３７】図３は、この発明の実施の形態１に係るコ
ヒーレントレーザレーダ装置の送信光と受信光の偏光状
態を示す図である。

【００３８】送受信光分離部１５と４５°ファラデーロ
ーテータ１８の間の偏波変動は、主軸（速軸および遅
軸）の座標系となす角（φ（ｔ））と透過する速軸と遅
軸それぞれに平行な偏光成分間に与える位相差量（θ
（ｔ））が時間的に変化する仮想的な波長板が与えるも
のとして考えることができる。

【００３９】レーザ光源１２からのレーザ光は、図３に
示すように、ｙ軸に平行な直線偏光である。レーザ光源
１２から送受信光分離部１５までは偏波保存型の素子お
よびファイバで構成されているため、偏光状態は保持さ
れている。送信光が送信され目標で散乱されて受信光と
して戻ってくる時間は、仮想的な波長板のφ（ｔ）とθ
（ｔ）の時間変化に比べれば十分に小さいので、φ
（ｔ）とθ（ｔ）は、この時間間隔において一定と考え
てよい。

【００４０】送受信分離部１５からの送信光の仮想的な
波長板の速軸に平行な偏光成分をＦ成分、遅軸に平行な
偏光成分をＳ成分とする。直線偏光であることから、こ
のときのＦ成分とＳ成分の位相は一致している。このＦ
成分とＳ成分の座標系となす角とそれぞれに与えられる
位相差量に着目する。送信光が仮想的な波長板を通過す
ると、速軸と遅軸に平行な偏光成分間に位相差が与えら
れる。これを遅軸に平行な偏光成分に与えられる位相差
量θ（ｔ）として表現する。この時点において、Ｓ成分
に位相差量θ（ｔ）が加えられる。

【００４１】４５°ファラデーローテータ１８は、磁気
光効果により通過する光の偏光面を４５°回転させる素
子である。この４５°ファラデーローテータ１８を通過
することにより、Ｆ成分とＳ成分は時計周りに４５°回
転する。送信光は、送受光学系１７により目標に向けて
照射され、その散乱光を受信光として受光される。

【００４２】受信光は、再度、４５°ファラデーローテ
ータ１８を通過し、Ｆ成分とＳ成分はさらに時計周りに
４５°回転する。これにより、Ｆ成分は仮想的な波長板
の遅軸に平行な偏光成分となり、またＳ偏光は速軸に平
行な偏光成分となる。つぎに、受信光が仮想的な波長板
を通過すると、遅軸に平行な偏光成分であるＦ成分に位
相差量θ（ｔ）が加えられる。

【００４３】以上のように、送信光が受信光として送受
信光分離部１５に至るまでに仮想的な波長板により与え
られる位相差量は、Ｆ成分とＳ成分とで等しくなる。よ
って、Ｆ成分とＳ成分を合成したものである受信光は、
送信光と同様に直線偏光となる。また、その偏光面は送
信光に比べ、９０°異なるので、受信光は送受信光分離
部１５において偏光による損失を生じずに送信光と分離
することができる。上記の条件は、仮想的な波長板のφ
（ｔ）およびθ（ｔ）の大きさによらずに成立するの
で、光ファイバ増幅器１６を含む送受信光分離部１５と
４５°ファラデーローテータ１８の間の偏波変動を常に
補償し、送受信光分離部１５における送信光および受信
光の透過損失を最小にすることができる。

【００４４】光ファイバ増幅器１６を含む送受信光分離
部１５と４５°ファラデーローテータ１８の間の受信光
および送信光の伝送路は、シングルモードファイバで構
成しているにも拘らず、単純な構成により、送受信光分
離部１５における送信光および受信光の透過損失を最小
にできる効果がある。

【００４５】ここで、送受信光分離部１５の別の構成例
について説明する。

【００４６】図４は、この発明の実施の形態１に係るコ
ヒーレントレーザレーダ装置の送受信光分離部の別の構
成を示す図である。

【００４７】図４において、３９はインライン型偏波分
離素子、４０はターミネータである。

【００４８】偏波分離素子３９は、１つのポートに入力
した光を２つの直交する偏光成分に分離して、２つの出
力ポートに出力する機能を持つ。図４には、偏波保存型
の光ファイバを入出力ポートに持つ２×２ポートタイプ
の偏波分離素子を示している。未接続の入出力ポートの
偏波保存型光ファイバの端末には、系に不必要な後方反
射光が発生しないようにターミネータ４０により無反射
端末処理をしている。送受信光分離部１５としての動作
は前述したものと同様であり、その効果も同等に得るこ
とができる。

【００４９】さらに、送受信光分離部１５と４５°ファ
ラデーローテータ１８の間以外の部分は、送受光学系１
７と光受信器２０を除いて、各光学素子を偏波保存型光
ファイバで結合し、各光学素子を偏波保存型で構成し
た。これにより、送受信光分離部１５と４５°ファラデ
ーローテータ１８の間以外の部分では偏波面は変動しな
い。また、第２カプラ１９において、ローカル光と受信
光の偏波面を一致させるため、第１カプラ１３と第２カ
プラ１９の間において、ローカル光の偏波面が９０°回
転するように偏波保存型光ファイバを接続している。即
ち、第２カプラ１９への入力時にローカル光を紙面に対
して垂直な直線偏光となるようにしている。

【００５０】以上の構成により、受信光のシングルモー
ドファイバの区間の偏波変動を補償したので、ローカル
光と受信光の偏波面不一致による損失を低減し、高い光
ヘテロダイン検波効率を得ることができる。

【００５１】図１において、光変調器１４としてパルス
変調器を用いれば、パルス型のコヒーレントレーザレー
ダ装置となる。

【００５２】また、光変調器１４を用いない、または固
定周波数シフトを与える周波数シフタとした場合は、Ｃ
Ｗ型のコヒーレントレーザレーダ装置となる。

【００５３】また、光変調器１４に強度、位相、周波数
のいずれか、または複数を変調する変調器を用い、この
変調器を通過するレーザ光を擬似ランダム系列（例え
ば、Ｍ系列）に従って変調し、信号処理器２１において
復調を行えば、擬似ランダム変調ＣＷ型のコヒーレント
レーザレーダ装置となる。この装置は、目標までの距
離、速度、密度分布、速度分布といった物理情報のいず
れか、または複数を測定することが可能である。

【００５４】以上より、本実施の形態１においては、送
信光及び受信光は、光ファイバ増幅器１６を含むシング
ルモードファイバの区間を通過する。このとき、送信光
と受信光の偏光面を９０°回転させることにより、シン
グルモードファイバの区間の偏波変動を補償している。
これにより、送信光の透過損失の低減と高い光ヘテロダ
イン検波効率を持つ各光学部品を光ファイバで結合した
コヒーレントレーザレーダ装置が簡易あるいは安価に得
られる効果がある。

【００５５】なお、図１において、４５°ファラデーロ
ーテータ１８は、光ファイバ増幅器１６からのシングル
モード光ファイバの出力端と送受光学系１７の間に設置
しているが、送受光学系１７の内部に設けてもよく、同
様の効果を得ることができる。

【００５６】実施の形態２．この発明の実施の形態２に
係るコヒーレントレーザレーダ装置について図面を参照
しながら説明する。図５は、この発明の実施の形態２に
係るコヒーレントレーザレーダ装置の構成を示す図であ
る。

【００５７】図５に示すように、信号処理器２１以外の
部品が、送受光学系１７と４５°ファラデーローテータ
１８とからなる光学系部と、それ以外の光学部品からな
る本体部とに分けて収められている。これら光学系部と
本体部とは、前述した実施の形態１と同様に、光ファイ
バで結合されている。

【００５８】この実施の形態２に係るコヒーレントレー
ザレーダ装置の基本的な動作は、上記の実施の形態１に
等しい。

【００５９】本実施の形態２の構成においては、送受信
光分離部１５と４５°ファラデーローテータ１８の間の
偏波変動の大きさ如何に拘わらず、上記偏波変動を常に
補償し、送受信光分離部１５における送信光および受信
光の透過損失を最小にすることができる。このことは、
送受信光分離部１５と４５°ファラデーローテータ１８
の間が長尺の光ファイバで結合されていても成り立つこ
とを示している。例えば、送受信光分離部１５と４５°
ファラデーローテータ１８の間が数百ｍあっても同様の
効果を得ることが可能である。

【００６０】図５のように装置を光学系部と本体部に分
離し、その間を任意の長さの光ファイバで結合したコヒ
ーレントレーザレーダ装置は、設置自由度を飛躍的に増
す効果がある。光ファイバであるので、その敷設にはス
ペースも精度も要求されない。例えば、航空機搭載型の
場合は、光学系部と本体部とが機体内で分散配置が可能
であり、さらに、光学系部のみを屋外におき、本体部を
環境条件に優れた室内に置くことも可能である。

【００６１】本実施の形態２においては、シングルモー
ドファイバの区間の偏波変動を補償し、送信光の透過損
失の低減と高い光ヘテロダイン検波効率を持つ各光学部
品を光ファイバで結合したコヒーレントレーザレーダ装
置が簡易あるいは安価に得られる効果が得られるととも
に、設置自由度の高いコヒーレントレーザレーダ装置を
得られる効果がある。

【００６２】

【発明の効果】この発明の請求項１に係るコヒーレント
レーザレーダ装置は、以上説明したとおり、直線偏光し
たレーザ光を発振するレーザ光源と、前記レーザ光源か
らのレーザ光を分割する偏波保存型の光学素子である光
分岐部と、前記光分岐部からのレーザ光を変調する偏波
保存型の光学素子である光変調器と、前記光変調器から
のレーザ光を増幅する光ファイバ増幅器と、前記光ファ
イバ増幅器からのレーザ光の偏光面を４５°回転させる
４５°ファラデーローテータと、前記光ファイバ増幅器
により増幅されたレーザ光を、前記４５°ファラデーロ
ーテータを介して、目標に向けて照射し、前記目標から
の散乱光を受光する送受光学系と、前記光変調器からの
送信光と前記光ファイバ増幅器からの受信光を分離する
送受信光分離部と、前記光分岐部からのレーザ光と前記
送受信光分離部からの受信光を混合する偏波保存型の光
学素子である光混合部と、前記光混合部からの混合光を
光ヘテロダイン検波する光受信器と、前記光受信器から
の受信信号から目標の情報を抽出する信号処理器と、前
記レーザ光源から前記光分岐部及び前記光変調器を経て
前記送受信光分離部までの光路、前記光分岐部から前記
光混合部までの光路、及び前記送受信光分離部から前記
光混合部を経て前記光受信器までの光路を結合する偏波
保存型シングルモード光ファイバと、前記送受信光分離
部から前記光ファイバ増幅器及び前記４５°ファラデー
ローテータを経て前記送受光学系までの光路を結合する
シングルモード光ファイバとを備えたので、単純な構成
で偏波変動を補償し、送信光の透過損失を低減でき、光
ヘテロダイン検波効率を高くすることができるという効
果を奏する。

【００６３】この発明の請求項２に係るコヒーレントレ
ーザレーダ装置は、以上説明したとおり、前記送受信光
分離部が、前記光変調器と結合する第１の結合光学系
と、前記光ファイバ増幅器と結合する第２の結合光学系
と、前記光混合部と結合する第３の結合光学系と、前記
第１の結合光学系からの送信光を前記第２の結合光学系
へ透過するとともに、前記第２の結合光学系からの受信
光を前記第３の結合光学系へ反射する偏光子とを有する
ので、単純な構成で偏波変動を補償し、送信光の透過損
失を低減でき、光ヘテロダイン検波効率を高くすること
ができるという効果を奏する。

【００６４】この発明の請求項３に係るコヒーレントレ
ーザレーダ装置は、以上説明したとおり、前記送受信光
分離部が、前記光変調器からの送信光を前記光ファイバ
増幅器へ透過するとともに、前記光ファイバ増幅器から
の受信光を前記光混合部へ反射する偏波分離素子と、前
記偏波分離素子からの不必要な偏光成分を無反射端末処
理するターミネータとを有するので、単純な構成で偏波
変動を補償し、送信光の透過損失を低減でき、光ヘテロ
ダイン検波効率を高くすることができるという効果を奏
する。

【００６５】この発明の請求項４に係るコヒーレントレ
ーザレーダ装置は、以上説明したとおり、直線偏光した
レーザ光を発振するレーザ光源と、前記レーザ光源から
のレーザ光を分割する偏波保存型の光学素子である光分
岐部と、前記光分岐部からのレーザ光を増幅する光ファ
イバ増幅器と、前記光ファイバ増幅器からのレーザ光の
偏光面を４５°回転させる４５°ファラデーローテータ
と、前記光ファイバ増幅器により増幅されたレーザ光
を、前記４５°ファラデーローテータを介して、目標に
向けて照射し、前記目標からの散乱光を受光する送受光
学系と、前記光分岐部からの送信光と前記光ファイバ増
幅器からの受信光を分離する送受信光分離部と、前記光
分岐部からのレーザ光と前記送受信光分離部からの受信
光を混合する偏波保存型の光学素子である光混合部と、
前記光混合部からの混合光を光ヘテロダイン検波する光
受信器と、前記光受信器からの受信信号から目標の情報
を抽出する信号処理器と、前記レーザ光源から前記光分
岐部を経て前記送受信光分離部までの光路、前記光分岐
部から前記光混合部までの光路、及び前記送受信光分離
部から前記光混合部を経て前記光受信器までの光路を結
合する偏波保存型シングルモード光ファイバと、前記送
受信光分離部から前記光ファイバ増幅器及び前記４５°
ファラデーローテータを経て前記送受光学系までの光路
を結合するシングルモード光ファイバとを備えたので、
単純な構成で偏波変動を補償し、送信光の透過損失を低
減でき、光ヘテロダイン検波効率を高くすることができ
るという効果を奏する。

【００６６】この発明の請求項５に係るコヒーレントレ
ーザレーダ装置は、以上説明したとおり、前記送受信光
分離部が、前記光分岐部と結合する第１の結合光学系
と、前記光ファイバ増幅器と結合する第２の結合光学系
と、前記光混合部と結合する第３の結合光学系と、前記
第１の結合光学系からの送信光を前記第２の結合光学系
へ透過するとともに、前記第２の結合光学系からの受信
光を前記第３の結合光学系へ反射する偏光子とを有する
ので、単純な構成で偏波変動を補償し、送信光の透過損
失を低減でき、光ヘテロダイン検波効率を高くすること
ができるという効果を奏する。

【００６７】この発明の請求項６に係るコヒーレントレ
ーザレーダ装置は、以上説明したとおり、前記送受信光
分離部が、前記光分岐器からの送信光を前記光ファイバ
増幅器へ透過するとともに、前記光ファイバ増幅器から
の受信光を前記光混合部へ反射する偏波分離素子と、前
記偏波分離素子からの不必要な偏光成分を無反射端末処
理するターミネータとを有するので、単純な構成で偏波
変動を補償し、送信光の透過損失を低減でき、光ヘテロ
ダイン検波効率を高くすることができるという効果を奏
する。

【００６８】この発明の請求項７に係るコヒーレントレ
ーザレーダ装置は、以上説明したとおり、前記４５°フ
ァラデーローテータ、及び前記送受光学系を収める光学
系部と、前記信号処理器を除く、前記４５°ファラデー
ローテータ、及び前記送受光学系以外の光学部品を収め
る本体部とに分け、前記光学系部と前記本体部とを所定
の長さのシングルモード光ファイバで結合するので、設
置自由度を飛躍的に増すことができるという効果を奏す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１に係るコヒーレント
レーザレーダ装置の構成を示す図である。

【図２】 この発明の実施の形態１に係るコヒーレント
レーザレーダ装置の送受信光分離部の構成を示す図であ
る。

【図３】 この発明の実施の形態１に係るコヒーレント
レーザレーダ装置の送信光と受信光の偏光状態を示す図
である。

【図４】 この発明の実施の形態１に係るコヒーレント
レーザレーダ装置の送受信光分離部の別の構成を示す図
である。

【図５】 この発明の実施の形態２に係るコヒーレント
レーザレーダ装置の構成を示す図である。

【図６】 従来のコヒーレントレーザレーダ装置の構成
を示す図である。

【符号の説明】

１２ レーザ光源、１３ 第１カプラ、１４ 光変調
器、１５ 送受信光分離部、１６ 光ファイバ増幅器、
１７ 送受光学系、１８ ４５°ファラデーローテー
タ、１９ 第２カプラ、２０ 光受信器、２１ 信号処
理器。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 亀山 俊平 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 安藤 俊行 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 Ｆターム(参考） 5J084 AA05 AA07 AB08 AD02 AD04 BA03 BA23 BA43 BB15 BB19 BB31 CA04 CA05 CA30 DA01 EA11 EA31

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 直線偏光したレーザ光を発振するレーザ
   光源と、 前記レーザ光源からのレーザ光を分割する偏波保存型の
   光学素子である光分岐部と、 前記光分岐部からのレーザ光を変調する偏波保存型の光
   学素子である光変調器と、 前記光変調器からのレーザ光を増幅する光ファイバ増幅
   器と、 前記光ファイバ増幅器からのレーザ光の偏光面を４５°
   回転させる４５°ファラデーローテータと、 前記光ファイバ増幅器により増幅されたレーザ光を、前
   記４５°ファラデーローテータを介して、目標に向けて
   照射し、前記目標からの散乱光を受光する送受光学系
   と、 前記光変調器からの送信光と前記光ファイバ増幅器から
   の受信光を分離する送受信光分離部と、 前記光分岐部からのレーザ光と前記送受信光分離部から
   の受信光を混合する偏波保存型の光学素子である光混合
   部と、 前記光混合部からの混合光を光ヘテロダイン検波する光
   受信器と、 前記光受信器からの受信信号から目標の情報を抽出する
   信号処理器と、 前記レーザ光源から前記光分岐部及び前記光変調器を経
   て前記送受信光分離部までの光路、前記光分岐部から前
   記光混合部までの光路、及び前記送受信光分離部から前
   記光混合部を経て前記光受信器までの光路を結合する偏
   波保存型シングルモード光ファイバと、 前記送受信光分離部から前記光ファイバ増幅器及び前記
   ４５°ファラデーローテータを経て前記送受光学系まで
   の光路を結合するシングルモード光ファイバとを備えた
   ことを特徴とするコヒーレントレーザレーダ装置。
2. 【請求項２】 前記送受信光分離部は、 前記光変調器と結合する第１の結合光学系と、 前記光ファイバ増幅器と結合する第２の結合光学系と、 前記光混合部と結合する第３の結合光学系と、 前記第１の結合光学系からの送信光を前記第２の結合光
   学系へ透過するとともに、前記第２の結合光学系からの
   受信光を前記第３の結合光学系へ反射する偏光子とを有
   することを特徴とする請求項１記載のコヒーレントレー
   ザレーダ装置。
3. 【請求項３】 前記送受信光分離部は、 前記光変調器からの送信光を前記光ファイバ増幅器へ透
   過するとともに、前記光ファイバ増幅器からの受信光を
   前記光混合部へ反射する偏波分離素子と、 前記偏波分離素子からの不必要な偏光成分を無反射端末
   処理するターミネータとを有することを特徴とする請求
   項１記載のコヒーレントレーザレーダ装置。
4. 【請求項４】 直線偏光したレーザ光を発振するレーザ
   光源と、 前記レーザ光源からのレーザ光を分割する偏波保存型の
   光学素子である光分岐部と、 前記光分岐部からのレーザ光を増幅する光ファイバ増幅
   器と、 前記光ファイバ増幅器からのレーザ光の偏光面を４５°
   回転させる４５°ファラデーローテータと、 前記光ファイバ増幅器により増幅されたレーザ光を、前
   記４５°ファラデーローテータを介して、目標に向けて
   照射し、前記目標からの散乱光を受光する送受光学系
   と、 前記光分岐部からの送信光と前記光ファイバ増幅器から
   の受信光を分離する送受信光分離部と、 前記光分岐部からのレーザ光と前記送受信光分離部から
   の受信光を混合する偏波保存型の光学素子である光混合
   部と、 前記光混合部からの混合光を光ヘテロダイン検波する光
   受信器と、 前記光受信器からの受信信号から目標の情報を抽出する
   信号処理器と、 前記レーザ光源から前記光分岐部を経て前記送受信光分
   離部までの光路、前記光分岐部から前記光混合部までの
   光路、及び前記送受信光分離部から前記光混合部を経て
   前記光受信器までの光路を結合する偏波保存型シングル
   モード光ファイバと、 前記送受信光分離部から前記光ファイバ増幅器及び前記
   ４５°ファラデーローテータを経て前記送受光学系まで
   の光路を結合するシングルモード光ファイバとを備えた
   ことを特徴とするコヒーレントレーザレーダ装置。
5. 【請求項５】 前記送受信光分離部は、 前記光分岐部と結合する第１の結合光学系と、 前記光ファイバ増幅器と結合する第２の結合光学系と、 前記光混合部と結合する第３の結合光学系と、 前記第１の結合光学系からの送信光を前記第２の結合光
   学系へ透過するとともに、前記第２の結合光学系からの
   受信光を前記第３の結合光学系へ反射する偏光子とを有
   することを特徴とする請求項４記載のコヒーレントレー
   ザレーダ装置。
6. 【請求項６】 前記送受信光分離部は、 前記光分岐器からの送信光を前記光ファイバ増幅器へ透
   過するとともに、前記光ファイバ増幅器からの受信光を
   前記光混合部へ反射する偏波分離素子と、 前記偏波分離素子からの不必要な偏光成分を無反射端末
   処理するターミネータとを有することを特徴とする請求
   項４記載のコヒーレントレーザレーダ装置。
7. 【請求項７】 前記４５°ファラデーローテータ、及び
   前記送受光学系を収める光学系部と、 前記信号処理器を除く、前記４５°ファラデーローテー
   タ、及び前記送受光学系以外の光学部品を収める本体部
   とに分け、 前記光学系部と前記本体部とを所定の長さのシングルモ
   ード光ファイバで結合することを特徴とする請求項１か
   ら請求項６までのいずれかに記載のコヒーレントレーザ
   レーダ装置。