JP2014216418A - 位相同期レーザ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光学部品の耐パワーによって、信号光の数の制限を受けることなく、高出力なレーザ光を放射することができる位相同期レーザ装置を得ることを目的とする。
【解決手段】Ｎ個のタップミラー９−１〜９−Ｎを受信光路１０と同軸に配置し、タップミラー９−ｎ（ｎ＝１，２，・・・，Ｎ）が、コリメータ７−ｎから出力された信号光の一部を受信光路１０の方向に反射させて、残りの大部分の信号光を出力光路１１−ｎの方向に透過させる一方、局発光コリメータ８から出力された局発光を受信光路１０の方向に透過させるように構成する。
【選択図】図１

Description

この発明は、高出力なレーザ光の放射が可能な位相同期レーザ装置に関するものである。

以下の特許文献１に開示されている位相同期レーザ装置では、信号光を分岐した後に、単一のレーザ光を光増幅の種光として用いて、分岐後の各信号光を光増幅してから合成（コヒーレントビーム結合（ＣＢＣ：Ｃｏｈｅｒｅｎｔ Ｂｅａｍ Ｃｏｍｂｉｎｅ））を行うようにしている。
このコヒーレントビーム結合では、分岐後の各信号光の位相を揃えているので、高出力で高輝度なビームが得られる。

ただし、特許文献１に開示されている位相同期レーザ装置では、信号数が増加した場合、局発光と信号光との合波に使用するビームスプリッタなどの光学部品が巨大になる問題があり、また、信号光を空間的に配置しているため、信号光間の距離が離れて、受信効率が劣化するという問題がある。
以下の特許文献２及び非特許文献１に開示されている位相同期レーザ装置では、回折格子を用いて、単一ビームに空間的に合波する手法を採用しており、信号数が増加しても、ビームスプリッタなどの光学部品が巨大になる問題や、信号光間の距離が離れて、受信効率が劣化する問題を解消している。

特開２０００−３２３７７４号公報（図１） 特表２０１１−５０７０３５号公報（図１）

Ｏｐｔｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ. Ｖｏｌ. ３３, Ｎｏ. ４, Ｆ１５, ２００８

従来の位相同期レーザ装置は以上のように構成されているので、回折格子を用いて、単一ビームに空間的に合波することで、信号数が増加しても、ビームスプリッタなどの光学部品が巨大になる問題や、信号光間の距離が離れて、受信効率が劣化する問題を解消することができる。しかし、複数の信号光が１つの回折格子に集光されるため、合波可能な信号光の数が、その回折格子の耐パワーによって制限される。そのため、数多くの信号光を合波することが困難であり、十分に高出力なレーザ光を放射することができないことがある課題があった。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、光学部品の耐パワーによって、信号光の数の制限を受けることなく、高出力なレーザ光を放射することができる位相同期レーザ装置を得ることを目的とする。

この発明に係る位相同期レーザ装置は、単一周波数のレーザ光を出力する光出力手段と、光出力手段から出力されたレーザ光を信号光と参照光とに分岐する光分岐手段と、光分岐手段により分岐された信号光を複数に分岐する信号光分岐手段と、信号光分岐手段により分岐された複数の信号光の周波数を各位相制御信号にしたがってシフトする周波数シフト手段と、周波数シフト手段による周波数シフト後の複数の信号光を周波数が異なるディザリング信号で位相変調する位相変調手段と、位相変調手段による位相変調後の複数の信号光を増幅する信号光増幅手段と、信号光増幅手段により増幅された複数の信号光を空間に出力するとともに、光分岐手段により分岐された参照光を空間に出力する空間出力手段と、空間出力手段から出力された複数の信号光の一部を受信光路の方向に反射させて、残りの信号光を出力光路の方向に透過させる一方、空間出力手段から出力された参照光を受信光路の方向に透過させる光透過反射手段と、受信光路上の光を受信して、その受信信号を出力する光検出手段と、基準信号を出力する基準信号源と、光検出手段より出力された受信信号からディザリング信号の各周波数に対応する信号をそれぞれ抽出し、複数の抽出信号の周波数を上記基準信号と同じ周波数に変換する信号抽出手段とを設け、位相同期手段が、信号抽出手段による周波数変換後の複数の抽出信号と基準信号源から出力された基準信号との位相誤差をそれぞれ検出し、その位相誤差を示す各位相制御信号を周波数シフト手段に出力するようにしたものである。

この発明によれば、光透過反射手段が、空間出力手段から出力された複数の信号光の一部を受信光路の方向に反射させて、残りの信号光を出力光路の方向に透過させる一方、空間出力手段から出力された参照光を受信光路の方向に透過させるように構成したので、光学部品の耐パワーによって、信号光の数の制限を受けることなく、高出力なレーザ光を放射することができる効果がある。

この発明の実施の形態１による位相同期レーザ装置を示す構成図である。 この発明の実施の形態１による位相同期レーザ装置の光コンポーネントアレイ１４を示す構成図である。 複数の信号光を空間的に配置し、集光レンズを用いて、複数の信号光を単一の光検出器に集光している様子を示す説明図である。 受信信号のスペクトルイメージを示す説明図である。 この発明の実施の形態２による位相同期レーザ装置を示す構成図である。 この発明の実施の形態２による位相同期レーザ装置の４象限光検出器２１を示す構成図である。 この発明の実施の形態２による位相同期レーザ装置の光軸調整機構２４−ｎを示す構成図である。 この発明の実施の形態２による位相同期レーザ装置の光軸調整機構２４−ｎを示す構成図である。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による位相同期レーザ装置を示す構成図である。
図１において、基準レーザ１は単一周波数の基準光を発振する光源である。この実施の形態１では、信号光はＣＷ光であるものとする。なお、基準レーザ１は光出力手段を構成している。
光分岐スプリッタ２は基準レーザ１により発振された基準光を信号光と局発光に分岐して、信号光を光Ｎ分岐スプリッタ３に出力するとともに、その局発光を局発光コリメータ８に出力する。なお、光分岐スプリッタ２は光分岐手段を構成している。

光Ｎ分岐スプリッタ３は光分岐スプリッタ２から出力された信号光をＮ分岐して、各信号光を光周波数シフタ４−１〜４−Ｎに出力する。なお、光Ｎ分岐スプリッタ３は信号光分岐手段を構成している。
光周波数シフタ４−ｎ（ｎ＝１，２，・・・，Ｎ）は光Ｎ分岐スプリッタ３により分岐された信号光の周波数を位相同期回路１７−ｎから出力された位相制御信号が示す位相誤差にしたがってシフトする処理を実施する。なお、光周波数シフタ４−ｎは周波数シフト手段を構成している。

光位相変調器５−ｎ（ｎ＝１，２，・・・，Ｎ）は光周波数シフタ４−ｎによる周波数シフト後の信号光を周波数弁別回路１６−ｎから出力されたディザリング信号で位相変調する処理を実施する。なお、光位相変調器５−ｎは位相変調手段を構成している。
周波数弁別回路１６−１〜１６−Ｎから出力されるディザリング信号は周波数が予め設定されている既知の信号であり、各ディザリング信号の周波数はｆ_１，ｆ_２，・・・，ｆ_Ｎである。
光増幅器６−ｎ（ｎ＝１，２，・・・，Ｎ）は光位相変調器５−ｎによる位相変調後の信号光を増幅する処理を実施する。なお、光増幅器６−ｎは信号光増幅手段を構成している。

コリメータ７−ｎ（ｎ＝１，２，・・・，Ｎ）は光増幅器６−ｎにより増幅された信号光を無限遠光に変換して空間に出力する処理を実施する。
局発光コリメータ８は光分岐スプリッタ２から出力された局発光を無限遠光に変換して空間に出力する処理を実施する。
なお、コリメータ７−ｎ及び局発光コリメータ８から空間出力手段が構成されている。

タップミラー９−ｎ（ｎ＝１，２，・・・，Ｎ）は受信光路１０と同軸、一列に配置されており、コリメータ７−ｎから出力された信号光の一部を受信光路１０の方向に反射させて、残りの大部分の信号光を出力光路１１−ｎの方向に透過させる一方、局発光コリメータ８から出力された局発光を受信光路１０の方向に透過させる処理を実施する。なお、タップミラー９−ｎは光透過反射手段を構成している。

集光レンズ１２は受信光路１０に配置されており、受信光路１０上の光を光検出器１３に集光する。
光検出器１３は集光レンズ１２により集光された光を受信して、その受信信号を周波数弁別回路１６−ｎに出力する処理を実施する。
なお、集光レンズ１２及び光検出器１３から光検出手段が構成されている。
図１の例では、コリメータ７−ｎ、局発光コリメータ８、タップミラー９−ｎ、集光レンズ１２及び光検出器１３から光コンポーネントアレイ１４が構成されている。
図２は光コンポーネントアレイ１４を示す構成図である。

ＲＦ基準信号源１５はＲＦ基準信号を出力する信号源である。
周波数弁別回路１６−ｎ（ｎ＝１，２，・・・，Ｎ）は例えばＲＦ発振器とＲＦミキサを用いて構成されており、周波数ｆ_ｎ（ｎ＝１，２，・・・，Ｎ）のディザリング信号を光位相変調器５−ｎに出力するとともに、光検出器１３より出力された受信信号から当該ディザリング信号の周波数ｆ_ｎに対応する信号を抽出し、その抽出信号の周波数をＲＦ基準信号源１５から出力されるＲＦ基準信号と同じ周波数に変換する処理を実施する。なお、周波数弁別回路１６−ｎは信号抽出手段を構成している。

位相同期回路１７−ｎ（ｎ＝１，２，・・・，Ｎ）は周波数弁別回路１６−ｎによる周波数変換後の抽出信号とＲＦ基準信号源１５から出力されたＲＦ基準信号との位相誤差を検出し、その位相誤差を示す位相制御信号を光周波数シフタ４−ｎに出力する処理を実施する。なお、位相同期回路１７−ｎは位相同期手段を構成している。

次に動作について説明する。
基準レーザ１は、単一周波数の基準光を発振する。
光分岐スプリッタ２は、基準レーザ１が基準光を発振すると、その基準光を信号光と局発光に分岐して、信号光を光Ｎ分岐スプリッタ３に出力するとともに、その局発光を局発光コリメータ８に出力する。
光周波数シフタ４−ｎ（ｎ＝１，２，・・・，Ｎ）は、Ｎ本の信号光の位相同期を確立するため、光Ｎ分岐スプリッタ３から信号光を受けると、その信号光の周波数を後述する位相同期回路１７−ｎから出力された位相制御信号が示す位相誤差（ＲＦ基準信号との位相誤差）を解消するようにシフトする。

光位相変調器５−ｎ（ｎ＝１，２，・・・，Ｎ）は、光周波数シフタ４−ｎから周波数シフト後の信号光を受けると、その信号光を後述する周波数弁別回路１６−ｎから出力されたディザリング信号で位相変調する。
なお、光位相変調器５−１は、信号光を周波数ｆ_１のディザリング信号で位相変調し、光位相変調器５−２は、信号光を周波数ｆ_２のディザリング信号で位相変調し、光位相変調器５−Ｎは、信号光を周波数ｆ_Ｎのディザリング信号で位相変調する。

光増幅器６−ｎ（ｎ＝１，２，・・・，Ｎ）は、光位相変調器５−ｎから位相変調後の信号光を受けると、その信号光を増幅して、増幅後の信号光をコリメータ７−ｎに出力する。
コリメータ７−ｎは、光増幅器６−ｎから増幅後の信号光を受けると、その信号光を無限遠光に変換して、タップミラー９−ｎが配置されている空間に出力する。
局発光コリメータ８は、光分岐スプリッタ２から局発光を受けると、その局発光を無限遠光に変換して、タップミラー９−ｎが配置されている空間に出力する。

タップミラー９−１〜９−Ｎは、図１及び図２に示すように、受信光路１０と同軸に配置されている。図中、横方向の位置が揃えられている。また、タップミラー９−１〜９−Ｎは、角度も揃えられている。
タップミラー９−ｎ（ｎ＝１，２，・・・，Ｎ）は、コリメータ７−ｎから信号光を受けると、その信号光の大部分を出力光路１１−ｎの方向に透過させ、その信号光の一部を受信光路１０の方向に反射させる。
また、タップミラー９−ｎは、局発光コリメータ８から局発光を受け、また、図中上側のタップミラーにより反射された信号光を受けると、その局発光と信号光の大部分を受信光路１０の方向に透過させる。ただし、タップミラー９−１は、図中上側にタップミラーが配置されていないので、局発光コリメータ８から出力された局発光だけを受信光路１０の方向に透過させる。

上記の特許文献２や非特許文献１に開示されている位相同期レーザ装置では、複数の信号光を１つの回折格子に集光して、単一ビームに空間的に合波しているため、大きなエネルギーが１つの回折格子にかかる。このため、多くの信号光を合波するには、耐パワーが大きな回折格子を用いる必要がある。また、耐パワーが大きな回折格子を用いても、その耐パワーには限度があるため、合波可能な信号光の数は、その回折格子の耐パワーによって制限される。
この実施の形態１では、信号光の本数が増えても、タップミラー９−ｎには１本の信号光だけが入射されるため、タップミラー９−ｎの耐パワーによって、合波可能な信号光の数が制限されることはない。
したがって、必要な信号光の本数だけタップミラー９−ｎを配置することで、高出力なビームを形成することができる。

図３に示すように、複数の信号光を空間的に配置し、集光レンズを用いて、複数の信号光を単一の光検出器に集光することで、単一の光検出器が複数の信号光を受信する方式では、光検出器に対する各信号光の入射角度が異なる。このため、信号光の本数が増えると、集光レンズの端側から光検出器に入射される信号光は入射角度が浅くなるため、光検出器での受信効率が劣化して、位相同期の確立のために必要な受信信号が得られないことがある。
この実施の形態１では、信号光の本数が増えても、タップミラー９−ｎには１本の信号光が入射されるだけであり、また、Ｎ個のタップミラー９−１〜９−Ｎが受信光路１０と同軸に配置されている。このため、信号光の本数が増えても、光検出器１３での受信効率が劣化しない。

集光レンズ１２は、受信光路１０に配置されており、受信光路１０上の光（タップミラー９−１〜９−Ｎにより反射されたＮ本の信号光＋局発光）を光検出器１３に集光する。
光検出器１３は、集光レンズ１２により集光された光を受信して、その受信信号を周波数弁別回路１６−ｎに出力する。
ここで、図４は受信信号のスペクトルイメージを示す説明図である。
受信信号には、図４に示すように、光周波数シフタ４−１〜４−Ｎにより周波数シフトされた周波数ｆ_ａｏｍにキャリア信号が存在し、また、そのキャリア信号からディザリング信号の周波数ｆ_１，ｆ_２，・・・，ｆ_Ｎだけ離れた周波数ｆ_ａｏｍ＋ｆ_１，ｆ_ａｏｍ＋ｆ_２，・・・，ｆ_ａｏｍ＋ｆ_Ｎにサイドキャリア信号が存在している。

周波数弁別回路１６−ｎ（ｎ＝１，２，・・・，Ｎ）は、周波数ｆ_ｎ（ｎ＝１，２，・・・，Ｎ）のディザリング信号を光位相変調器５−ｎに出力する。
また、周波数弁別回路１６−ｎ（ｎ＝１，２，・・・，Ｎ）は、光検出器１３から受信信号を受けると、その受信信号からディザリング信号の周波数ｆ_ｎに対応する信号（周波数ｆ_ａｏｍ＋ｆ_ｎのサイドキャリア信号）を抽出し、その抽出信号の周波数ｆ_ａｏｍ＋ｆ_ｎをＲＦ基準信号源１５から出力されるＲＦ基準信号と同じ周波数ｆ_ｒｅｆに変換する。

位相同期回路１７−ｎ（ｎ＝１，２，・・・，Ｎ）は、周波数弁別回路１６−ｎから周波数変換後の抽出信号を受けると、その抽出信号とＲＦ基準信号源１５から出力されたＲＦ基準信号との位相誤差を検出し、その位相誤差を示す位相制御信号を光周波数シフタ４−ｎに出力する。
これにより、光周波数シフタ４−ｎでは、上述したように、ＲＦ基準信号との位相誤差が解消するように信号光の周波数をシフトするので、Ｎ本の信号光の位相同期が確立される。

以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、Ｎ個のタップミラー９−１〜９−Ｎを受信光路１０と同軸に配置し、タップミラー９−ｎ（ｎ＝１，２，・・・，Ｎ）が、コリメータ７−ｎから出力された信号光の一部を受信光路１０の方向に反射させて、残りの大部分の信号光を出力光路１１−ｎの方向に透過させる一方、局発光コリメータ８から出力された局発光を受信光路１０の方向に透過させるように構成したので、光学部品の耐パワーによって、信号光の数の制限を受けることなく、高出力なレーザ光を放射することができる効果を奏する。
また、信号光の本数が増えても、光検出器１３での受信効率の劣化を回避することができる効果を奏する。
また、コリメータ７−ｎは小型であるため、信号光の本数が増えても、小型の位相同期レーザ装置を得ることができる効果を奏する。

この実施の形態１では、タップミラー９−１〜９−Ｎが受信光路１０と同軸に配置されているものを示したが、角度が揃えられていれば、若干、横方向の位置がずれていても、光検出器１３での受信効率はほとんど劣化しないため、光コンポーネントアレイ１４の組み立て作業の容易化を図ることができる。

この実施の形態１では、光位相変調器５−ｎ（ｎ＝１，２，・・・，Ｎ）が、光周波数シフタ４−ｎによる周波数シフト後の信号光をディザリング信号で位相変調するものを示したが、信号光をディザリング信号で位相変調する方式に限るものではなく、例えば、信号光を強度変調する方式を用いるようにしてもよい。
また、この実施の形態１では、受信信号からディザリング信号の周波数ｆ_ｎに対応する信号（周波数ｆ_ａｏｍ＋ｆ_ｎのサイドキャリア信号）を抽出する周波数弁別回路１６−ｎ（ｎ＝１，２，・・・，Ｎ）を設けているものを示したが、デジタルサンプリングなどを用いて、受信信号からディザリング信号の周波数ｆ_ｎに対応する信号を抽出するようにしてもよい。

実施の形態２．
上記実施の形態１では、コリメータ７−１〜７−Ｎから出力される信号光の光軸が全て一致していることを前提にしているが、これらの信号光の光軸にずれが生じている場合、タップミラー９−１〜９−Ｎから出力光路１１−１〜１１−Ｎに出力される信号光の方向にずれが生じる。
この実施の形態２では、コリメータ７−１〜７−Ｎから出力された信号光の光軸にずれが生じていても、そのずれを解消することが可能な機構を備えている位相同期レーザ装置について説明する。

図５はこの発明の実施の形態２による位相同期レーザ装置を示す構成図であり、図において、図１と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
４象限光検出器２１は図１の光検出器１３と同様に、集光レンズ１２により集光された光を受信して、その受信信号を周波数弁別回路１６−ｎに出力する光検出器であるが、この４象限光検出器２１は信号検出範囲が４象限に分かれており、４象限の受信信号Ｓａ１，Ｓａ２，Ｓａ３，Ｓａ４の総和（Ｓａ１＋Ｓａ２＋Ｓａ３＋Ｓａ４）を周波数弁別回路１６−ｎに出力し、各象限の受信信号Ｓａ１，Ｓａ２，Ｓａ３，Ｓａ４を周波数弁別回路２２−ｎに出力する処理を実施する。なお、４象限光検出器２１は光検出手段を構成している。

周波数弁別回路２２−ｎ（ｎ＝１，２，・・・，Ｎ）は４象限光検出器２１より出力された各象限の受信信号Ｓａ１，Ｓａ２，Ｓａ３，Ｓａ４からディザリング信号の周波数ｆ_ｎに対応する信号（周波数ｆ_ａｏｍ＋ｆ_ｎのサイドキャリア信号）を抽出する処理を実施する。
重心演算回路２３−ｎ（ｎ＝１，２，・・・，Ｎ）は例えばＣＰＵを実装している半導体集積回路、ワンチップマイコン、あるいは、ダイオードなどを用いたアナログ回路などから構成されており、周波数弁別回路２２−ｎにより抽出されたディザリング信号の周波数ｆ_ｎに対応する信号の重心を演算し、その重心の位置に基づいてＸ軸制御信号とＹ軸制御信号を出力する処理を実施する。
なお、周波数弁別回路２２−ｎ及び重心演算回路２３−ｎから重心演算手段が構成されている。

光軸調整機構２４−ｎ（ｎ＝１，２，・・・，Ｎ）は重心演算回路２３−ｎから出力されたＸ軸制御信号にしたがって、コリメータ７−ｎから空間出力された信号光の光軸（Ｘ軸方向）を調整し、重心演算回路２３−ｎから出力されたＹ軸制御信号にしたがって上記信号光の光軸（Ｙ軸方向）を調整する機構である。なお、光軸調整機構２４−ｎは光軸調整手段を構成している。

図６はこの発明の実施の形態２による位相同期レーザ装置の４象限光検出器２１を示す構成図である。
図６において、４象限光電変換器３１は信号検出範囲が４象限に分かれており、４象限の受信信号Ｓａ１，Ｓａ２，Ｓａ３，Ｓａ４を出力する処理を実施する。
加算器３２は４象限光電変換器３１から出力された受信信号Ｓａ１と受信信号Ｓａ２を加算する処理を実施する。
加算器３３は４象限光電変換器３１から出力された受信信号Ｓａ３と受信信号Ｓａ４を加算する処理を実施する。
加算器３４は加算器３２の加算結果（Ｓａ１＋Ｓａ２）と加算器３３の加算結果（Ｓａ３＋Ｓａ４）とを加算する処理を実施する。

出力端子３５は加算器３４の加算結果（Ｓａ１＋Ｓａ２＋Ｓａ３＋Ｓａ４）を周波数弁別回路１６−ｎに出力する端子である。
出力端子３６は４象限光電変換器３１から出力された受信信号Ｓａ１を周波数弁別回路２２−ｎに出力する端子である。
出力端子３７は４象限光電変換器３１から出力された受信信号Ｓａ２を周波数弁別回路２２−ｎに出力する端子である。
出力端子３８は４象限光電変換器３１から出力された受信信号Ｓａ３を周波数弁別回路２２−ｎに出力する端子である。
出力端子３９は４象限光電変換器３１から出力された受信信号Ｓａ４を周波数弁別回路２２−ｎに出力する端子である。

図７はこの発明の実施の形態２による位相同期レーザ装置の光軸調整機構２４−ｎを示す構成図である。
図７において、アダプティブミラー４１はコリメータ７−ｎから空間出力された信号光を反射する光学素子である。
アダプティブミラー４２はアダプティブミラー４１により反射された信号光を出力光路１１−ｎの方向に反射する光学素子である。
サーボモータ４３は重心演算回路２３−ｎから出力されたＸ軸制御信号にしたがってアダプティブミラー４１の角度又は位置を調整する処理を実施する。
サーボモータ４４は重心演算回路２３−ｎから出力されたＹ軸制御信号にしたがってアダプティブミラー４２の角度又は位置を調整する処理を実施する。

次に動作について説明する。
この実施の形態２では、光検出器１３の代わりに、４象限光検出器２１を実装し、周波数弁別回路２２−ｎ、重心演算回路２３−ｎ及び光軸調整機構２４−ｎを設けている点で、上記実施の形態１と相違している。
以下、上記実施の形態１と相違している部分について説明する。

４象限光検出器２１の４象限光電変換器３１は、信号検出範囲が４象限に分かれており、集光レンズ１２から集光された光を受けると、４象限の受信信号Ｓａ１，Ｓａ２，Ｓａ３，Ｓａ４を出力する。
図６の例では、信号光１は、４象限光検出器２１の中心に入射されている場合を示しており、信号光２は、４象限光検出器２１の中心から第２象限側にずれて入射されている場合を示している。
加算器３２は、４象限光電変換器３１から出力された第１象限の受信信号Ｓａ１と、第２象限の受信信号Ｓａ２とを加算して、その加算結果を加算器３４に出力する。
加算器３３は、４象限光電変換器３１から出力された第３象限の受信信号Ｓａ３と、第４象限の受信信号Ｓａ４とを加算して、その加算結果を加算器３４に出力する。
加算器３４は、加算器３２の加算結果（Ｓａ１＋Ｓａ２）と、加算器３３の加算結果（Ｓａ３＋Ｓａ４）とを加算する。

これにより、４象限光検出器２１の出力端子３５から加算器３４の加算結果（Ｓａ１＋Ｓａ２＋Ｓａ３＋Ｓａ４）が周波数弁別回路１６−ｎに出力される。加算器３４の加算結果（Ｓａ１＋Ｓａ２＋Ｓａ３＋Ｓａ４）は、図１の光検出器１３から出力される受信信号と同じである。
４象限光検出器２１の出力端子３６から第１象限の受信信号Ｓａ１が周波数弁別回路２２−ｎに出力され、出力端子３７から第２象限の受信信号Ｓａ２が周波数弁別回路２２−ｎに出力される。
また、４象限光検出器２１の出力端子３８から第３象限の受信信号Ｓａ３が周波数弁別回路２２−ｎに出力され、出力端子３９から第４象限の受信信号Ｓａ４が周波数弁別回路２２−ｎに出力される。

周波数弁別回路２２−ｎ（ｎ＝１，２，・・・，Ｎ）は、４象限光検出器２１から４象限の受信信号Ｓａ１，Ｓａ２，Ｓａ３，Ｓａ４を受けると、その受信信号Ｓａ１，Ｓａ２，Ｓａ３，Ｓａ４からディザリング信号の周波数ｆ_ｎに対応する信号（周波数ｆ_ａｏｍ＋ｆ_ｎのサイドキャリア信号）を抽出する。
以下、説明の便宜上、受信信号Ｓａ１から抽出した周波数ｆ_ａｏｍ＋ｆ_ｎのサイドキャリア信号をＳｃ１_ｎで表し、受信信号Ｓａ２から抽出した周波数ｆ_ａｏｍ＋ｆ_ｎのサイドキャリア信号をＳｃ２_ｎで表し、受信信号Ｓａ３から抽出した周波数ｆ_ａｏｍ＋ｆ_ｎのサイドキャリア信号をＳｃ３_ｎで表し、受信信号Ｓａ４から抽出した周波数ｆ_ａｏｍ＋ｆ_ｎのサイドキャリア信号をＳｃ４_ｎで表すものとする。

重心演算回路２３−ｎ（ｎ＝１，２，・・・，Ｎ）は、周波数弁別回路２２−ｎからサイドキャリア信号Ｓｃ１_ｎ，Ｓｃ２_ｎ，Ｓｃ３_ｎ，Ｓｃ３_ｎを受けると、下記の式（１）に示すように、そのサイドキャリア信号Ｓｃ１_ｎ，Ｓｃ２_ｎ，Ｓｃ３_ｎ，Ｓｃ３_ｎの重心を演算する。

重心演算回路２３−ｎは、サイドキャリア信号Ｓｃ１_ｎ，Ｓｃ２_ｎ，Ｓｃ３_ｎ，Ｓｃ３_ｎの重心を演算すると、その重心のＸ軸の位置と、原点（４象限光電変換器３１の中心位置）との距離を示すＸ軸制御信号を光軸調整機構２４−ｎに出力する。
また、その重心のＹ軸の位置と、原点（４象限光電変換器３１の中心位置）との距離を示すＹ軸制御信号を光軸調整機構２４−ｎに出力する。

光軸調整機構２４−ｎ（ｎ＝１，２，・・・，Ｎ）は、重心演算回路２３−ｎからＸ軸制御信号を受けると、そのＸ軸制御信号にしたがってコリメータ７−ｎから空間出力された信号光の光軸（Ｘ軸方向）を調整し、重心演算回路２３−ｎからＹ軸制御信号を受けると、そのＹ軸制御信号にしたがって上記信号光の光軸（Ｙ軸方向）を調整する。
光軸調整機構２４−ｎが図７のように構成されている場合、サーボモータ４３が、重心演算回路２３−ｎから出力されたＸ軸制御信号にしたがってアダプティブミラー４１の角度又は位置を調整し、サーボモータ４４が、重心演算回路２３−ｎから出力されたＹ軸制御信号にしたがってアダプティブミラー４２の角度又は位置を調整する。
光軸調整機構２４−ｎがＸ軸制御信号，Ｙ軸制御信号にしたがってサイドキャリア信号Ｓｃ１_ｎ，Ｓｃ２_ｎ，Ｓｃ３_ｎ，Ｓｃ３_ｎの重心が原点の位置と一致するように、信号光の光軸を調整することで、コリメータ７−１〜７−Ｎから空間出力された信号光の光軸にずれが生じていても、そのずれを解消することができる。

ここでは、サイドキャリア信号Ｓｃ１_ｎ，Ｓｃ２_ｎ，Ｓｃ３_ｎ，Ｓｃ３_ｎの重心が原点の位置と一致するように、信号光の光軸を調整するものを示したが、サイドキャリア信号Ｓｃ１_ｎ，Ｓｃ２_ｎ，Ｓｃ３_ｎ，Ｓｃ３_ｎの重心が所定の位置（原点以外の位置）と一致するように、信号光の光軸を調整するようにしてもよい。
この場合、信号光の出力光路１１−１〜１１−Ｎが一様に所定角度だけ傾いた形態になる。

ここでは、光軸調整機構２４−ｎが図７のように構成されている例を説明したが、図８に示すように、サーボモータ５３が、重心演算回路２３−ｎから出力されたＸ軸制御信号，Ｙ軸制御信号にしたがって、光増幅器６−ｎにより増幅された信号光を放射する光ファイバ５１と、レンズ５２との相対位置を調整することで、その信号光の光軸を調整するようにしてもよい。

上記実施の形態１，２では、基準レーザ１から発振される基準光に含まれている信号光がＣＷ光である例を示したが、その信号光はパルス光であってもよく、また、そのパルス光は通信データによって変調されたパルスでもよい。

なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。

１ 基準レーザ（光出力手段）、２ 光分岐スプリッタ（光分岐手段）、３ 光Ｎ分岐スプリッタ（信号光分岐手段）、４−１〜４−Ｎ 光周波数シフタ（周波数シフト手段）、５−１〜５−Ｎ 光位相変調器（位相変調手段）、６−１〜６−Ｎ 光増幅器（信号光増幅手段）、７−１〜７−Ｎ コリメータ（空間出力手段）、８ 局発光コリメータ（空間出力手段）、９−１〜９−Ｎ タップミラー（光透過反射手段）、１０ 受信光路、１１ 出力光路、１２ 集光レンズ（光検出手段）、１３ 光検出器（光検出手段）、１４ 光コンポーネントアレイ、１５ ＲＦ基準信号源、１６−１〜１６−Ｎ 周波数弁別回路（信号抽出手段）、１７−１〜１７−Ｎ 位相同期回路（位相同期手段）、２１ ４象限光検出器（光検出手段）、２２−１〜２２−Ｎ 周波数弁別回路（重心演算手段）、２３−１〜２３−Ｎ 重心演算回路（重心演算手段）、２４−１〜２４−Ｎ 光軸調整機構（光軸調整手段）、３１ ４象限光電変換器、３２，３３，３４ 加算器，３５〜３９ 出力端子、４１，４２ アダプティブミラー、４３，４４ サーボモータ、５１ 光ファイバ、５２ レンズ、５３ サーボモータ。

Claims (4)

1. 単一周波数のレーザ光を出力する光出力手段と、
   上記光出力手段から出力されたレーザ光を信号光と参照光とに分岐する光分岐手段と、上記光分岐手段により分岐された信号光を複数に分岐する信号光分岐手段と、
   上記信号光分岐手段により分岐された複数の信号光の周波数を各位相制御信号にしたがってシフトする周波数シフト手段と、
   上記周波数シフト手段による周波数シフト後の複数の信号光を周波数が異なるディザリング信号で位相変調する位相変調手段と、
   上記位相変調手段による位相変調後の複数の信号光を増幅する信号光増幅手段と、
   上記信号光増幅手段により増幅された複数の信号光を空間に出力するとともに、上記光分岐手段により分岐された参照光を空間に出力する空間出力手段と、
   上記空間出力手段から出力された複数の信号光の一部を受信光路の方向に反射させて、残りの信号光を出力光路の方向に透過させる一方、上記空間出力手段から出力された参照光を上記受信光路の方向に透過させる光透過反射手段と、
   上記受信光路上の光を受信して、その受信信号を出力する光検出手段と、
   基準信号を出力する基準信号源と、
   上記光検出手段より出力された受信信号から上記ディザリング信号の各周波数に対応する信号をそれぞれ抽出し、複数の抽出信号の周波数を上記基準信号と同じ周波数に変換する信号抽出手段と、
   上記信号抽出手段による周波数変換後の複数の抽出信号と上記基準信号源から出力された基準信号との位相誤差をそれぞれ検出し、上記位相誤差を示す各位相制御信号を上記周波数シフト手段に出力する位相同期手段と
   を備えた位相同期レーザ装置。
2. 光透過反射手段は、空間出力手段から出力される信号光毎に、当該信号光の一部を受信光路の方向に反射させて、残りの信号光を出力光路の方向に透過させる一方、参照光を上記受信光路の方向に透過させるタップミラーを配置することで構成されており、
   上記複数のタップミラーは、上記受信光路と同軸に配置されていることを特徴とする請求項１記載の位相同期レーザ装置。
3. ４象限の受信信号の総和を信号抽出手段に出力する他に、各象限の受信信号をそれぞれ出力する４象限光検出器から光検出手段が構成されており、
   上記４象限光検出器より出力された各象限の受信信号からディザリング信号の各周波数に対応する信号をそれぞれ抽出し、上記ディザリング信号の各周波数に対応する信号の重心を演算する重心演算手段と、
   上記重心演算手段の重心演算結果にしたがって空間出力手段から出力された複数の信号光の光軸を調整する光軸調整手段とを備えたことを特徴とする請求項１または請求項２記載の位相同期レーザ装置。
4. 光出力手段は、信号光としてパルス光を出力することを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載の位相同期レーザ装置。

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