JP3390353B2 - 空間光伝送装置 - Google Patents
空間光伝送装置Info
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Description
る空間光伝送装置に関し、特に衛星間光通信などに用い
られる空間光伝送装置に関する。
間光伝送装置の場合、衛星軌道の変動のためにそれぞれ
の衛星の空間光伝送装置の位置が一定に定まらず、ま
た、使用する光の波長の間隔も狭いことから、送受信光
の多重・分離特性を考慮してその偏光特性を円偏光に規
定する場合がある。
に規定する場合において、送信ビームにレーザ光を用い
た場合は、通常、レーザ光は直線偏光であるために、λ
/4板により直線偏光から円偏光に変換する必要があ
る。
を狭い波長間隔で多重・分離する場合は、誘電体多層膜
による急峻な波長分離特性が必要となり、この場合は、
ビームスプリッタへの入射角度が大きくなるにつれて偏
光成分が分離される波長が徐々に離れていくといった分
光特性が現れる。そのため、送受信光の波長多重・分離
は直線偏光で行い、送受信光が同軸になった時点で直線
偏光から円偏光に変換するように構成される。
用いられ、送受信光の波長多重・分離が行われる従来の
空間光伝送装置では、λ/4板は波長多重・分離を行う
光学系に配置されていた(「Pointing Acquisition and
Tracking System for SilexInter Satellite Optical
Link」、SPIE論文集、Vol.1 1111, p277,1989および図
2参照)。図6にその空間光伝送装置の概略構成を示
す。
0と光送受信部120とから構成される。光アンテナ部
110は光送受信部120から出力される送信ビームを
拡大するとともにシャープに指向する光学系で、その主
な構成は複数枚のレンズ群からなるコリメータレンズ1
1、副鏡12、主鏡13からなる。この光アンテナ部1
10は、光送受信部120との送受信ビームのインタフ
ェースを容易にするためにアフォーカル系のビームエキ
スパンダ型になっており、かつ、送受信における光アン
テナゲインが確保できるようなアンテナ径φが〜数十c
mのアンテナを実現できるように反射型になっている。
多重・分離するように構成され、光アンテナ部110を
介して送受信ビームの送受信を行うようになっている。
その主要構成は、光送信器21、光受信器22、ビーム
スプリッタ23、光モニタ24、λ/4(四分の一波
長)板25からなる。
信ビームを出力する。光受信器22は、光アンテナ部1
10を介して受信される受信ビームを検出し、該検出結
果に基づいてその受信ビームが有する通信信号や受信光
軸の角度情報等を出力する。ビームスプリッタ23は、
光送信器21から出力される送信ビームおよび光アンテ
ナ部110を介して受信される受信ビームを同軸で多重
・分離する。
分離された送信ビームのうち、光アンテナ部110とは
異なる方向に射出される送信ビームを光検出し、該光検
出結果に基づいて送信ビームの光軸情報等をモニタす
る。λ/4(四分の一波長)板25は、ビームスプリッ
タ23で分離された送信ビームのうち、光アンテナ部1
10側方向に射出される送信ビームの光路中に設けられ
ている。
ビームとして射出される第1の波長帯域の直線偏光を互
いの偏光方向が90°異なるS偏光およびP偏光に分離
し、かつ、直線偏光に変換された第2の波長帯域の受信
ビームを透過するように構成されている。また、光アン
テナ部110にて送受信される送受信ビーム(円偏光)
の回転方向はともに同じ方向になっている。
について説明する。
(直線偏光)はビームスプリッタ23で偏光分離され、
S偏光成分がビームスプリッタ23の貼り合せ面で反射
されて光アンテナ部110側方向に射出される。
信ビーム(S偏光)は、λ/4板25で円偏光に変換さ
れて光アンテナ部110に入射する。光アンテナ部11
0では、光送受信部120から入射された送信ビーム
(円偏光)はコリメータレンズ11でほぼ平行光線に変
換され、副鏡12および主鏡13で所定のビーム径に拡
大された後、通信相手側の空間光伝送装置に向かって射
出される。
ビーム(円偏光)は、光アンテナ部110を介して光受
信部120で受信される。光アンテナ部110では、受
信ビーム(円偏光)は、主鏡13、副鏡12、コリメー
タレンズ11でそのビーム径が縮小されるとともにコリ
メートされる。光受信部120では、光アンテナ部11
0を介して入射した受信ビーム(円偏光)は、λ/4板
25で直線偏光に変換された後、ビームスプリッタ23
を透過する。ここでは、受信ビーム(円偏光)の回転方
向は光送受信部120から射出される送信ビーム(円偏
光)の回転方向と同じ方向であるため、λ/4板25を
通過する際にS偏光成分の直線偏光に変換される。
ムは光受信器22に入射し、光受信器22からは、その
受信ビームが有する通信信号や受信光軸の角度情報等が
出力される。
た従来の空間光伝送装置には、以下のような問題があ
る。
ームがコリメータレンズ11を通過する際に、コリメー
タレンズ11を構成するレンズ群の各表裏面で反射が生
じる。この反射成分(円偏光)は再びλ/4板25を通
過してビームスプリッタ23に戻る。反射の際に、送信
ビーム(円偏光)は回転方向が逆になるため、λ/4板
25を通過すると往きとは偏光方向が90°異なる直線
偏光、すなわちP偏光成分の直線偏光に変換される。そ
のため、ほとんどの反射成分がビームスプリッタ23を
透過して妨害光として光受信器22に入射することにな
る。このように、従来の空間光伝送装置では、コリメー
タレンズ11の表裏面からの反射光によって光受信感度
が低下してしまうため、光送信レベルの大きな光源、光
受信感度の高い光受信器を用いてもその性能を十分に発
揮できないという問題がある。
からの反射成分に伴う光受信感度の低下は、コリメータ
レンズの表裏面反射膜の設計、コリメータレンズの表裏
面曲率の設計、光受信器の搭載位置の設計などの光学設
計を複雑する。
信感度の向上を図ることができ、かつ、光学設計が複雑
になることのない空間光伝送装置を提供することにあ
る。
に、本発明の空間光伝送装置は、送受信ビームを空間的
に多重・分離して送受信する光送受信手段と、前記送受
信ビームを送受信するための光アンテナ手段とを有し、
前記光送受信手段は、送信ビームとして射出される第1
の波長帯域の直線偏光を互いの偏光方向が90°異なる
第1および第2の偏光成分に分離し、かつ、直線偏光に
変換された第2の波長帯域の受信ビームを透過もしくは
反射するように構成されたビームスプリッタを有し、前
記光アンテナ手段を構成するコリメータレンズの送信ビ
ームが射出される面側に、前記送受信ビームの偏光特性
を変換するためのλ/4板が設けられたことを特徴とす
る。
分離された受信ビームを受光する受信手段を有し、前記
λ/4板が、送信ビーム光軸に対して、前記光受信手段
の視野以上の角度に傾けて設けられた構成としてもよ
い。
4板にて円偏光に変換された送信ビームを拡大するため
の主鏡および副鏡を有し、前記副鏡の少なくとも送信ビ
ームが通過する部分が無反射構造あるいは反射抑制構造
になった構成としてもよい。
おいては、λ/4板はコリメータレンズの送信ビームが
射出される面側に設けられているので、従来のようにコ
リメータレンズからの反射成分がλ/4板を通過して偏
光特性が変換されることはない。すなわち、本発明で
は、コリメータレンズからの反射成分は反射される前の
偏光方向を保持したまま光送受信手段に入射する。その
ため、コリメータレンズからの反射成分はそのほととん
どが送信ビームと同じ経路を通って光送受信手段の光送
信部へ戻ることになる。
に対して光受信手段の視野以上の角度に傾けたものにお
いては、λ/4板の射出面で反射された成分は従来のよ
うにλ/4板を再度通過して偏光特性が変換されて光送
受信手段に戻るが、この反射成分が光受信手段に戻るこ
とはない。
ムが通過する部分が無反射構造(あるいは反射抑制構
造)になっているものにおいては、送信ビームが副鏡を
通過する際に反射が生じて妨害光が発生することはない
(反射抑制構造の場合は反射成分が低減される。)。
図面を参照して説明する。
偏光特性を直線偏光から円偏光に変換するための波長板
(λ/4板)を光アンテナ部の副鏡とコリメータレンズ
との間に配置することにより、前述したような送信ビー
ムのコリメータレンズ表裏面からの反射光が光受信器へ
戻入する量を大幅に低減し、装置の光受信感度を高める
ようにしたことを特徴とする。
光伝送装置の第1の実施形態を示す。本形態の空間光伝
送装置は、光アンテナ部10と光送受信部20とから構
成される。
ものと同様にコリメータレンズ11、副鏡12、主鏡1
3を備え、さらにコリメータレンズ11と副鏡12の間
にλ/4板1を備える。この光アンテナ部10も、光送
受信部20との送受信ビームのインタフェースを容易に
するためにアフォーカル系のビームエキスパンダ型にな
っており、かつ、送受信における光アンテナゲインが確
保できるように反射型になっている。
た以外は前述の図6に示したものとほぼ同じ構成となっ
ている。この光送受信部20でも扱う光ビームは送受信
ビームともに直線偏光である。ここでは、光送受信部2
0は、光送信器21から射出される送信ビーム(レーザ
光)のP偏光がビームスプリッタ23の反射面に対して
約1°程度の傾きを持つように構成されている。また、
ビームスプリッタ23は、送受信ビームを空間的に多重
・分離すること、送信ビームの波長が受信ビームの波長
より長くその間隔が十〜数十nmと狭いこと、送信ビー
ムの一部を光モニタ24へ出力すること(偏光分離)な
どを考慮し、入射角約45°に対して図2に示すような
分光特性を有する。すなわち、ビームスプリッタ23
は、S偏光成分およびP偏光成分がともに透過する第1
の波長帯域、P偏光成分のみが透過する第2の波長帯
域、S偏光成分およびP偏光成分のいずれも透過しない
第3の波長帯域の3つの波長帯域を有する。
される送受信ビームはそれぞれ異なる波長に設定され、
これら光ビームの波長間隔は十〜数十nmと近接してい
る。具体的には、送受信光の波長帯域は、図2に示すよ
うに、P偏光成分のみが透過する第2の波長帯域に送信
光波長域が設定され、S偏光成分およびP偏光成分がと
もに透過する第1の波長帯域に受信光波長域が設定され
る。
互換性や装置の設置状態等に対する無制約性を考慮し
て、光アンテナ部10で送受信される送受信ビーム(円
偏光)の回転方向は同一方向(右旋回もしくは左旋回)
となるように設定される。
を説明する。
(直線偏光)はビームスプリッタ23に入射し、ビーム
スプリッタ23の貼り合せ面でS偏光成分が反射されて
光アンテナ部10側方向へ射出されるが、送信ビームの
約1°程度の偏光方向傾斜によるP偏光は、ビームスプ
リッタ23を透過して光モニタ24に入射する。この光
モニタ24による受光結果に基づいて送信ビームの光軸
の調整が行われる。
(S偏光)は光アンテナ部10に入射する。光アンテナ
部10では、光送受信部20から入射した送信ビーム
(S偏光)は、まずコリメータレンズ11でほぼ平行光
線に変換され、λ/4板1で円偏光に変換され、副鏡1
2および主鏡11でそのビーム径が拡大された後、相手
側の空間光伝送装置に向かって射出される。
テナ部10に入射した受信ビーム(円偏光)は、主鏡1
3および副鏡12でそのビーム径が縮小され、λ/4板
1で直線偏光に変換され、コリメータレンズ11で平行
光束に変換された後、光送受信部20に入射する。ここ
で、受信ビームはその回転方向が送信ビームと同じ方向
であるので、λ/4板1を通過する際に、S偏光成分の
直線偏光に変換される。
介して入射した受信ビーム(直線偏光)は、ビームスプ
リッタ23を透過して光受信器22に入射する。光受信
器22からは、受信した受信ビームが有する通信信号や
受信光軸の角度情報等が出力される。この角度情報によ
り受信ビームの光軸調整(光アンテナ部10を良好な受
信角度に追従させること)が行われる。
ように、送信ビームがコリメータレンズ11を通過する
際にそのレンズ群の各々の表裏面で反射を生じるが、こ
の反射成分は入射した直線偏光の偏光方向を保持したま
ま、即ちS偏光のままビームスプリッタ23に入射す
る。このため、コリメータレンズ11からの反射成分
は、光受信器22の方向へはほとんど透過せずに光送信
器21の方向へ反射されることになる。
際に、λ/4板1の射出面においても反射が生じる。こ
の反射成分は、λ/4板1を再度通過してコリメータレ
ンズ11に戻るため、その偏光方向は90°回転した成
分となる。したがって、λ/4板1からの反射光は、ビ
ームスプリッタ23に対してP偏光で入射し、そのほと
んどがビームスプリッタ23を透過して光受信器22に
入射することになる。これを防止するために、光アンテ
ナ部10のλ/4板1は、入射光軸に対して光受信器2
2の視野以上の角度で傾け、その射出面からの反射成分
が光受信器22へ戻らないようにすることが望ましい。
部分で反射される光は、主鏡13を経て光アンテナ部1
0から射出されることはなく、反対に妨害光として光受
信器22に入射する。このため、副鏡12は、少なくと
も送信ビームが通過する部分が無反射構造あるいは反射
抑制構造になっていることが望ましい。例えば、副鏡1
2は、中心部分だけ反射用のコーティングを施していな
い構造、中心部分だけ穴が開いた構造、中心部分だけ光
が散乱するような材料を塗布した構造とすることが望ま
しい。
態では、受信ビームの波長が送信ビームの波長より短
く、かつ、その間隔が十〜数十nmと狭い場合について
説明したが、ここでは、反対に送信ビームの波長を受信
ビームの波長より短くした場合について説明する。
実施形態を示す。この空間光伝送装置は、上述の図1に
示した光アンテナ部10と光送受信部30とからなる。
光送受信部30は、光送信器31、光受信器32、ビー
ムスプリッタ33、光モニタ34から構成される。
対する分光特性を図4に示す。この分光特性は、上述し
た第1の実施形態の場合におけるビームスプリッタ23
の分光特性(図2参照)と同じである。本形態では、送
信光波長域がS偏光成分およびP偏光成分がともに透過
する第1の波長帯域に設定され、受信光波長域がP偏光
成分のみが透過する第2の波長帯域に設定される。
送信器31から射出される第1の波長帯域の送信ビーム
(直線偏光)のS偏光がビームスプリッタ33の反射面
に対して約1°程度の傾きを持つように構成する。これ
により、ビームスプリッタ33では、光送信器31から
射出される送信ビームがP偏光とS偏光に分離される。
また、このビームスプリッタ33は、光アンテナ部10
を介して入射される第2の波長帯域の受信ビームを反射
するように構成する。これにより、光送受信部30で受
信ビームを受光することができる。
伝送装置との互換性や装置の設置状態等に対する無制約
性を考慮して、光アンテナ部10で送受信される送受信
ビーム(円偏光)の回転方向は同一方向(右旋回もしく
は左旋回)とする。
具体的に説明する。
(直線偏光)はビームスプリッタ33に入射する。送信
ビームの約1°程度の偏光方向傾斜によるS偏光成分は
ビームスプリッタ33で反射されて光モニタ34に入射
し、P偏光成分はビームスプリッタ33を透過して光ア
ンテナ部10に入射する。光アンテナ部10では、光送
受信部30から入射した送信ビーム(P偏光成分)は、
まずコリメータレンズ11でほぼ平行光線に変換され、
λ/4板1で円偏光に変換され、副鏡12および主鏡1
1でそのビーム径が拡大された後、相手側の空間光伝送
装置に向かって射出される。
ーム(円偏光)は、主鏡13および副鏡12でそのビー
ム径が縮小され、λ/4板1で直線偏光に変換され、コ
リメータレンズ11で平行光束に変換された後、光送受
信部30に入射する。ここで、受信ビームはその回転方
向が送信ビームと同じ方向であるので、λ/4板1を通
過する際に、P偏光成分の直線偏光に変換される。光送
受信部30に入射した受信ビーム(P偏光成分)はビー
ムスプリッタ33で反射され、光受信器32へ入射す
る。
コリメータレンズ11を通過する際にそのレンズ群の各
々の表裏面で反射を生じるが、この反射成分は入射した
直線偏光の偏光方向を保持したまま、即ちP偏光のまま
ビームスプリッタ33に入射する。このため、コリメー
タレンズ11からの反射成分は、光受信器32の方向へ
はほとんど反射せずに光送信器21の方向へ透過される
ことになる。
4板1を通過する際に、λ/4板1の射出面においても
反射が生じる。この反射成分は、λ/4板1を再度通過
してコリメータレンズ11に戻るため、その偏光方向は
90°回転した成分となる。したがって、λ/4板1か
らの反射光は、ビームスプリッタ33に対してS偏光で
入射し、そのほとんどがビームスプリッタ33で反射さ
れて光受信器22に入射することになる。これを防止す
るために、光アンテナ部10のλ/4板1は、入射光軸
に対して光受信器32の視野以上の角度で傾け、その射
出面からの反射成分が光受信器32へ戻らないようにす
ることが望ましい。
1の実施形態の場合と同様に、副鏡12はその中心部分
が反射しないような構造とすることが望ましい。例え
ば、副鏡12は、中心部分だけ反射用のコーティングを
施していない構造、中心部分だけ穴が開いた構造、中心
部分だけ光が散乱するような材料を塗布した構造にする
ことが望ましい。
おいて、ビームスプリッタ23の入射角約45°に対す
る分光特性を図5に示すような分光特性にすることによ
り、送信ビームの波長を受信ビームの波長より短くなる
ように設定することができる。すなわち、本形態では、
図5に示すように、ビームスプリッタ23がS偏光成分
およびP偏光成分のいずれも透過しない第1の波長帯
域、P偏光成分のみが透過する第2の波長帯域、S偏光
成分およびP偏光成分がともに透過する第3の波長帯域
の3つの波長帯域を有する分光特性を持ち、第1の波長
帯域に送信光波長域が設定され、第2の波長帯域に受信
光波長域が設定される。
第1の実施形態の場合と同様の送受信動作が行われ、コ
リメータレンズからの反射成分はビームスプリッタで光
送信器側に反射される。
部10のλ/4板1は、入射光軸に対して光受信器32
の視野以上の角度で傾け、その射出面からの反射成分が
光受信器32へ戻らないようにすることが望ましい。
形態の場合と同様に、その中心部分が反射しないような
構造とすることが望ましい。
は、送信側と受信側にそれぞれ対向配置されて相互に光
通信が行われる。
よれば、コリメータレンズからの反射成分が妨害光とし
て光受信部に入射されることはないので、装置の光送信
レベルに相対して光受信感度を高めることができる。し
たがって、光送信レベルの大きな光源、及び光受信感度
の高い光受信器を用いて通信品質の高い衛星間光通信を
実現することができるという効果がある。
の反射成分を考慮する必要がないので、コリメータレン
ズの表裏面反射膜の設計、コリメータレンズの表裏面曲
率の設計、光受信器の搭載位置の設計等が比較的容易と
なるという効果がある。
射出面からの反射成分が光受信部に戻らないように傾け
られ、副鏡の中心部は無反射構造(あるいは反射抑制構
造)になっているので、反射系のみよる光学系の設計、
軸外し光学系の設計等が不要となるという効果がある。
すブロック図である。
を示す図である。
すブロック図である。
を示す図である。
明するための図で、図1に示すビームスプリッタのの分
光特性の一例を示す図である。
ク図である。
Claims (7)
- 【請求項1】 送受信ビームを空間的に多重・分離して
送受信する光送受信手段と、前記送受信ビームを送受信
するための光アンテナ手段とを有し、前記光送受信手段は、送信ビームとして射出される第1
の波長帯域の直線偏光を互いの偏光方向が90°異なる
第1および第2の偏光成分に分離し、かつ、直線偏光に
変換された第2の波長帯域の受信ビームを透過もしくは
反射するように構成されたビームスプリッタを有し、 前記光アンテナ手段を構成するコリメータレンズの送信
ビームが射出される面側に、前記送受信ビームの偏光特
性を変換するためのλ/4板が設けられたことを特徴と
する空間光伝送装置。 - 【請求項2】 請求項1に記載の空間光伝送装置におい
て、前 記コリメータレンズが、前記ビームスプリッタで第1
の偏光成分に分離された送信ビームを平行光線に変換
し、 前記λ/4板が、前記コリメータレンズで平行光線に変
換された第1の偏光成分の送信ビームを円偏光に変換す
ることを特徴とする空間光伝送装置。 - 【請求項3】 請求項1に記載の空間光伝送装置におい
て、 前記光送受信手段は、多重・分離された受信ビームを受
光する受信手段を有し、 前記λ/4板が、送信ビーム光軸に対して、前記光受信
手段の視野以上の角度に傾けて設けられたことを特徴と
する空間光伝送装置。 - 【請求項4】 請求項1に記載の空間光伝送装置におい
て、 前記光アンテナ手段は、前記λ/4板にて円偏光に変換
された送信ビームを拡大するための主鏡および副鏡を有
し、 前記副鏡の少なくとも送信ビームが通過する部分が無反
射構造あるいは反射抑制構造になっていることを特徴と
する空間光伝送装置。 - 【請求項5】 請求項4に記載の空間光伝送装置におい
て、 前記副鏡の中心部に穴を設けたことを特徴とする空間光
伝送装置。 - 【請求項6】 請求項4に記載の空間光伝送装置におい
て、 前記副鏡の中心部に散乱を生じる材料が塗布されたこと
を特徴とする空間光伝送装置。 - 【請求項7】 請求項4に記載の空間光伝送装置におい
て、 前記副鏡の中心部に反射膜が形成されていないことを特
徴とする空間光伝送装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP01438499A JP3390353B2 (ja) | 1999-01-22 | 1999-01-22 | 空間光伝送装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP01438499A JP3390353B2 (ja) | 1999-01-22 | 1999-01-22 | 空間光伝送装置 |
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JP2000216462A JP2000216462A (ja) | 2000-08-04 |
JP3390353B2 true JP3390353B2 (ja) | 2003-03-24 |
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ID=11859571
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-
1999
- 1999-01-22 JP JP01438499A patent/JP3390353B2/ja not_active Expired - Fee Related
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Title |
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ATR先端テクロノロジーシリーズ光衛星間通信,日本,ATR国際電気通信基礎技術研究所編,1995年,p.53−54 |
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