JP3507739B2 - 空間光伝送装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光通信に用いられ
る空間光伝送装置に関し、特に衛星間光通信に用いられ
る空間光伝送装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】双方向の光通信が可能な空間光伝送装置
で、例えば宇宙における衛星間光通信のように通信相手
が極端に離れているものの場合は、高精度な送信光軸の
指向性能が要求されるため、受信ビームの光軸を追尾し
ながら、受信ビームの光軸方向に合せて送信ビームを出
射させるといったことが一般に行われている。

【０００３】送信光軸を高精度に指向することができる
空間光伝送装置の一例として、受信光を追尾制御するた
めの受信光軸角度検出器と、送信光軸を指向制御するた
めの送信光軸角度検出器とを備え、これら検出器の間の
オフセット角度を補正するものがある。この空間光伝送
装置では、通常、送信ビームの一部を受信光軸角度検出
器に入射させ、その時の送信光軸角度検出器及び受信光
軸角度検出器のそれぞれの検出角度の差がオフセット角
度として求められる。

【０００４】図１１に、従来の空間光伝送装置の概略構
成を示す。光送信器１１から出力された送信ビームの進
行方向に偏光子（ＰＯＬ）２１、長波長通過フィルタ
（ＬＰＦ）２２、λ／２板３、送信ビーム偏向器１２、
ビームスプリッタ（ＢＳ）２３が順次配置され、ＢＳ２
３にて分割された一方のビームの進行方向に偏光ビーム
スプリッタ（ＰＢＳ）２４、光遮断器１５、λ／４板２
５、コーナーキューブリフレクタ（ＣＣＲ）２６が順次
配置され、ＢＳ２３にて分割された他方のビームの進行
方向に送信光軸角度検出器１３が配置されている。ＢＳ
２３から入射するビームがＰＢＳ２４にて反射されたビ
ームの進行方向に送受信ビーム偏向器１６が配置され、
光遮断器１５を通過して入射するビームがＰＢＳ２４に
て反射されたビームの進行方向に短波長通過フィルタ
（ＳＰＦ）２７、受信光軸角度検出器１４が配置されて
いる。送信光軸角度検出器１３および受信光軸角度検出
器１４の出力は、それぞれオフセット角度算出部２８に
入力されている。

【０００５】光送信器１１は、光源としてＬＤ（レーザ
ダイオード）を備え、このＬＤから発せられたビームが
円形に整形され平行にコリメートされて、送信ビームと
して出力される。この光送信器１１から出力される送信
ビームは直線偏光であるが、そのビームにはレーザ光成
分の他に自然発光成分が含まれている。図２にＬＤのレ
ーザ光成分と自然発光成分からなる送信ビームのスペク
トルを示す。自然発光成分は無偏光成分であって、その
波長域は、図２に示すようにレーザ光成分の波長の短波
長側と長波長側の両方の波長域に渡って広がっている。
通常、衛星間光通信では、送信光波長域と受信光波長域
は異なるため、図２に示すように短波長側の自然発光成
分は受信光波長域においても発生することとになる。

【０００６】ＰＯＬ２１は単一の偏光成分を透過するも
ので、その偏光方向は光送信器１１から出力される送信
ビームのレーザ光成分の偏光方向と同じになっている。
ここでは、光送信器１１のＬＤから発せられるビーム自
体がＳ偏光成分に偏っているため、ＰＯＬ２１の偏光方
向はＳ偏光とされる。ＬＰＦ２２は、送信ビームの自然
発光成分のうちの短波長側の成分を遮断するものであ
る。このＬＰＦ２２の分光特性を図３に示す。送信光波
長域より短波長側の波長の透過率が低くなっている。

【０００７】λ／２板３は旋光性を有し、送信ビームの
偏光方向をわずかに回転するように構成されている。こ
のように構成することで、λ／２板３を通過した送信ビ
ームの偏光成分は、そのほとんどがＳ偏光であるが、わ
ずかにＰ偏光を含むことになる。Ｓ偏光は送信用に用い
られ、Ｐ偏光は送信光軸−受信光軸間のキャリブレーシ
ョンに用いられる。

【０００８】送信ビーム偏向器１２は、受信ビームの光
軸方向に対して送信ビームの光軸方向を制御するもので
ある。ＢＳ２３は、送信ビームの一部を分岐するもの
で、分岐されたビームの一方がＰＢＳ２４に入射し、他
方が送信光軸角度検出器１３に入射するように構成され
ている。送信光軸角度検出器１３は、入射された送信ビ
ームの光軸角度を検出するものである。この送信光軸角
度検出器１３にて検出された結果が送信ビーム偏向器１
２にフィードバックされて送信ビームの光軸方向の制御
に用いられる。

【０００９】ＰＢＳ２４は、送信光波長域（送信ビーム
のレーザ光成分の波長域を含む）においては、Ｓ偏光を
反射し、Ｐ偏光を透過し、送信光波長域より短波長側に
おいては、Ｓ偏光、Ｐ偏光共に透過し、送信光波長域よ
り長波長側においては、Ｓ偏光、Ｐ偏光共に反射するよ
うに構成されている。このＰＢＳ２４の分光特性を図４
に示す。

【００１０】光遮断器１５は、送信ビームを装置外へ出
力するときは光を遮断し、装置内で送信光軸−受信光軸
間のキャリブレーションを行うときは光を通過するよう
に構成されている。λ／４板２５は、ＰＢＳ２４から入
射する送信ビーム（直線偏光）を円偏光に変換し、ＣＣ
Ｒ２６から入射する送信ビーム（円偏光）を直線偏光に
変換するものである。ＣＣＲ２６は、ＰＢＳ２４からλ
／４板２５を介して入射する送信ビームを、その光軸方
向および円偏光の性質を保持したまま反射する。ＳＰＦ
２７は、受信光波長域およびそれ以下の波長域では光を
透過し、受信光波長域より長波長側では光を反射するよ
うに構成されている。このＳＰＦ２７の分光特性を図５
に示す。

【００１１】送受信ビーム偏向器１６は、送信ビームを
装置外へ送出するとともに、受信ビームが受信光軸角度
検出器１４の中心に入射するように受信ビームの光軸方
向を制御するものである。受信光軸角度検出器１４は、
入射された受信ビームの光軸角度を検出するものであ
る。この受信光軸角度検出器１４にて検出された結果が
送受信ビーム偏向器１６にフィードバックされて受信ビ
ームの光軸方向の制御に用いられる。

【００１２】次に、この空間光伝送装置の動作について
詳細に説明する。

【００１３】（１）キャリブレーションを行う場合 受信ビームの光軸方向に対して送信ビームの光軸方向を
制御する場合、送信光軸角度検出器１３と受信光軸角度
検出器１４との間のオフセット角度を予め求めて補正す
る必要がある。この空間光伝送装置では、以下のように
してオフセット角度が求められてキャリブレーションが
行われる。

【００１４】光送信器１１から出力された送信ビーム
は、ＰＯＬ２１、ＬＰＦ２２、λ／２板３を順次通過す
る。ＬＰＦ２２では、図３に示した分光特性に従って送
信ビームの送信光波長域より短波長側の成分がある程度
まで除去され（完全には除去されない）、λ／２板３で
は、送信ビームの偏光方向がわずかに回転する。このた
め、λ／２板３を通過した時点の送信ビームは、Ｓ偏光
と偏光方向がわずかに回転したことにより得られたＰ偏
光を含む。これらＳ、Ｐ偏光のうちのＰ偏光がキャリブ
レーションに用いられる。

【００１５】λ／２板３を通過した送信ビームは、送信
ビーム偏向器１２を通過した後、ＢＳ２３によって２方
向に分割され、一方がＰＢＳ２４に入射し、他方が送信
光軸角度検出器１３に入射する。ＢＳ２３からＰＢＳ２
４に入射する送信ビームは、ＰＢＳ２４の反射面に対し
て、そのほとんどがＳ偏光で入射し、上記λ／２板３に
て偏光方向がわずかに回転した成分のみがＰ偏光として
入射する。そしてその入射光成分のうち、レーザ光成分
の波長域より長波長側の自然発光成分についてはＰ偏光
が、短波長側の自然発光成分についてはＳ、Ｐ偏光が共
にＰＢＳ２４を透過する。

【００１６】ＰＢＳ２４を透過した送信ビームは、光遮
断器１５、λ／４板２５を経てＣＣＲ２６に入射し、こ
のＣＣＲ２６にて入射光軸と同軸方向に反射され、再び
λ／４板２５、光遮断器１５を経てＰＢＳ２４へ再入射
する。λ／４板２５では、ＰＢＳ２４から入射する送信
ビームが直線偏光から円偏光に変換され、さらにＣＣＲ
２６で反射されて再入射する送信ビームが円偏光から直
線偏光に変換される。ここで、ＣＣＲ２６は、ホロー型
または反射面に反射コーティングが施されたプリズム型
のものであり、このＣＣＲ２６で反射される円偏光は入
射した際の円偏光とは逆回りのものとなる。このため、
このＣＣＲ２６で反射されてλ／４板２５を再び通過し
た送信ビームの偏光方向は、ＰＢＳ２４からλ／４板２
５に入射した送信ビームの偏光方向に対して９０°回転
することになる。したがって、ＰＢＳ２４に再入射する
送信ビームはそのほとんどがＳ偏光となる。ＰＢＳ２４
では、図４に示した分光特性に従って、λ／４板２５を
経てＰＢＳ２４に再入射する送信ビームのうち、レーザ
光成分についてはほとんど反射され、送信光波長域より
も短波長側の自然発光成分については透過され、長波長
側の自然発光成分についてはレーザ光成分と同様に反射
される。

【００１７】ＰＢＳ２４にて反射された送信ビーム（Ｓ
偏光）は、ＳＰＦ２７を経て受信光軸角度検出器１４に
入射する。ＳＰＦ２７では、図５に示した分光特性に従
って、送信ビームのレーザ光成分の一部が遮断されると
ともに、長波長側の自然発光成分が完全に遮断され、Ｓ
ＰＦ２７を通過したレーザ光成分の一部が受信光軸角度
検出器１４に入射する。この受信光軸角度検出器１４に
入射する送信ビームのレーザ光成分が検出器の中央に入
射するように、送信ビーム偏向器１２にて送信ビームの
光軸方向を調整し、その状態で送信光軸角度検出器１３
にて検出される送信光軸角度がキャリブレーションに必
要なオフセット角度として求められる。

【００１８】上述のようにして求めたオフセット角度に
基づいて、送信光軸角度検出器１３と受信光軸角度検出
器１４の間のキャリブレーションを行うことで、初期状
態における受信ビームの光軸方向と送信ビームの光軸方
向との間のずれを補正する。

【００１９】（２）空間光伝送を行う場合 空間光伝送では、上述したキャリブレーションを行った
後に、受信ビームの光軸を追尾しながら、受信ビームの
光軸方向に対して送信ビームの光軸方向が以下のように
して制御される。

【００２０】上述したように、λ／２板３を通過した送
信ビームは、送信ビーム偏向器１２を経た後、ＢＳ２３
に入射する。そして、ＢＳ２３によって２方向に分割さ
れ、一方がＰＢＳ２４に入射し、他方が送信光軸角度検
出器１３に入射する。ＰＢＳ２４に入射する送信ビーム
はそのほとんどがＳ偏光であることから、ＰＢＳ２４で
はそのほとんどが反射され、その反射された送信ビーム
（Ｓ偏光）が送受信ビーム偏向器１６を経て装置外へ出
力される。この出力された送信ビームは、通信相手であ
る衛星により受信される。

【００２１】受信ビームの光軸方向に対する送信ビーム
の光軸方向の調整は、送信光軸角度検出器１３、受信光
軸角度検出器１４によってそれぞれ検出される送信光軸
角度、受信光軸角度および上述したオフセット角度に基
づいて行われる。

【００２２】一方、受信ビームは、送受信ビーム偏向器
１６、ＰＢＳ２４、ＳＰＦ２７を経て受信光軸角度検出
器１４に入射する。この受信光軸角度検出器１４で検出
された結果は送受信ビーム偏向器１６にフィードバック
されて、受信ビーム光軸方向の追尾に用いられる。

【００２３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
従来の空間光伝送装置には、以下のような問題がある。
従来の空間光伝送装置は、送信ビームの光路中にλ／２
板３が常時挿入された構成となっており、送信ビームが
このλ／２板３を通過する際に得られるわずかなＰ偏光
（レーザ光成分）を用いてキャリブレーション時のオフ
セット角度が求められる。そのため、受信光軸角度検出
器１４に入射するＬＤのレーザ光成分の光強度レベルが
小さく、ノイズ（ＬＤの自然発光成分）の影響を受け易
い構造になっていた。

【００２４】また、ＬＤのレーザ光成分はその出力が一
般に楕円であるため、光送信器１１では、通常、これを
アナモルフィックプリズムペアを用いて円形に整形す
る。自然発光成分は、図２に示したようにその波長域が
広がっているため、自然発光成分がそのようなプリズム
ペアを通過すると、自然発光成分はレーザ光成分に対し
て広がって出力されることになる。このため、レーザ光
成分と自然発光成分とでは、光送信器１１から出力され
た送信ビームの角度（受信光軸角度検出器への入射角
度）が異なることになり、自然発光成分の光強度レベル
がレーザ光成分と比較して無視できないレベルになる
と、装置のキャリブレーション性能を劣化させることに
なる。図１１に示した構成では、受信光軸角度検出器１
４の直前に、受信光は透過するが送信ビームのクロスト
ーク成分はできるだけ抑えるように、図５に示したよう
な送信光波長域に対して急峻な遮断特性を有するＳＰＦ
２７が設けられるため、光送信器１１から出力された送
信ビームが受信光軸角度検出器１４へ入射するまでのキ
ャリブレーション光路を経た後の送信ビームは、図１２
に示すようなスペクトル特性となり、受信光と同じ波長
帯域のＬＤの自然発光成分（短波長側の自然発光成分）
がＬＤのレーザ光成分と同じ程度の光強度レベルとな
る。そのため、従来の空間光伝送装置では、短波長側の
自然発光成分がノイズとなって、受信光軸角度検出器１
４によってＬＤのレーザ光成分を検出する際のＳ／Ｎ比
が低下し、キャリブレーション性能がＬＤの自然発光成
分の影響により低下することとなる。

【００２５】加えて、従来の空間光伝送装置では、上述
したように、キャリブレーションに用いられるＬＤのレ
ーザ光成分の光強度レベルが小さいため、送信ビームの
光路中に波長平坦補償フィルタを設けることができな
い。そのため、キャリブレーション光路のレーザ光成分
の波長帯域における分光特性が平坦にならず、キャリブ
レーションの際に光源の波長が多少でも変動すると、受
信光軸角度検出器１４の受光レベルが不安定になり、良
好なキャリブレーションを安定して得ることができな
い。

【００２６】本発明の目的は、上記各問題を解決し、良
好なキャリブレーションを安定して得ることができる空
間光伝送装置を提供することにある。さらには、ＳＰＦ
の分光特性を補償できるレベル的余裕を有する空間光伝
送装置を提供することにある。

【００２７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の空間光伝送装置は、第１の偏光方向の送信
ビームを外部へ送信するとともに、受信ビームを外部か
ら受信する空間光伝送装置であって、前記送信ビームと
しての前記第１の偏光方向の光ビームを出力する光源
と、前記光源から出力された光ビームを第１、第２の分
岐ビームに分割するビーム分割手段と、前記光源と前記
ビーム分割手段の間に設けられ、初期状態における前記
送信ビームと前記受信ビームとの間の光軸角度のずれで
あるオフセット角度の算出を行う場合にのみ、前記光源
から出力された光ビームの偏光方向を前記第１の偏光方
向とは異なる第２の偏光方向になるように回転する偏光
方向回転手段と、前記第１の分岐ビームが入射する、前
記送信ビームの光軸角度を検出するための送信光軸角度
検出手段と、前記受信ビームと前記第２の分岐ビームが
交差する位置に設けられ、前記第２の分岐ビームの前記
第１の偏光方向の成分を前記受信ビームが受信される方
向に反射し、前記第２の分岐ビームの前記第２の偏光方
向の成分を透過する偏光ビーム分割手段と、前記偏光ビ
ーム分割手段を透過する前記第２の分岐ビームの前記第
２の偏光方向の光の進行方向に配置されたλ／４板と、
前記λ／４板を介して入射する前記第２の分岐ビームの
前記第２の偏光方向の光を折り返して前記λ／４板を介
して前記偏光ビーム分割手段に再入射させるコーナキュ
ーブリフレクタと、前記偏光ビーム分割手段と前記λ／
４板の間に設けられ、前記オフセット角度の算出を行う
場合以外は前記偏光ビーム分割手段を透過する光を遮断
する光遮断器と、前記受信ビームが前記偏光ビーム分割
手段を透過して入射するとともに、前記第２の分岐ビー
ムの、前記コーナキューブリフレクタから前記偏光ビー
ム分割手段に再入射する前記第１の偏光方向の光が、前
記偏光ビーム分割手段にて前記透過した受信ビームの進
行方向に反射されて入射する、前記受信ビームの光軸角
度を検出するための受信光軸角度検出手段とを有するこ
とを特徴とする。

【００２８】上記の発明において、前記コーナキューブ
リフレクタと前記λ／４板の間に、前記送信ビームの波
長域において透過率が傾きを持つ分光特性を有する平坦
補償フィルタをさらに有していてもよい。

【００２９】（作用）上記のとおりの本発明において
は、キャリブレーション時には、送信ビームの偏光方向
を９０°回転させるようになっているため、偏光ビーム
分割手段に入射する送信ビームのほとんどが第２の偏光
ビームとして出力されることとなる。したがって、送信
ビームのほとんどをキャリブレーション時のオフセット
角度の算出に用いることができる。

【００３０】また、本発明のうち波長平坦補償フィルタ
を有するものにおいては、キャリブレーション光路の分
光特性を平坦なものにすることができるので、キャリブ
レーションの際に光源の波長が変動しても、従来のよう
にキャリブレーション時の送信光レベルが不安定になる
ことはない。

【００３１】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態について
図面を参照して説明する。

【００３２】図１に、本発明の第１の実施形態の空間光
伝送装置の概略構成を示す。この空間光伝送装置は、前
述の図１１に示した構成において、λ／２板３に代えて
偏光方向回転手段である波長板切替器１が設けられ、さ
らにキャリブレーション光路の分光特性を平坦にするた
めの波長平坦補償フィルタ（ＦＣＦ）２が設けられてい
る以外は、ほぼ同様の構成のものである。図１中、図１
１に示した構成と同じものには同じ符号を付し、ここで
はそれらの構成の詳細な説明は省略する。

【００３３】波長板切替器１は、入射される送信ビーム
の偏光方向に対して４５°方向の結晶軸を有するλ／２
板を備え、キャリブレーション時にはそのλ／２板を送
信ビームの光路中に挿入し、光伝送時には入射した送信
ビームをそのまま通過するように構成されている。光送
信器１１から出力されるレーザ光はその偏光方向がＳ偏
光に偏っていることから、キャリブレーション時に波長
板切替器１によりλ／２板が送信ビームの光路中に挿入
されると、λ／２板を通過した後の送信ビームの偏光成
分はそのほとんどがＰ偏光になる。よって、キャリブレ
ーション時にＢＳ２３にて反射されてＰＢＳ２４に入射
する送信ビームは、そのほとんどがＰＢＳ２４の反射面
に対してＰ偏光で入射することになる。その結果、キャ
リブレーション時に受信光軸角度検出器１４で検出され
る送信ビームのレーザ光成分の光強度レベルは、前述の
図１１に示した構成のもに比べて約１００倍程度ほど大
きくなる。

【００３４】ＦＣＦ２は、λ／４板２５とＣＣＲ２６と
の間に設けられている。送信器１１から受信光軸角度検
出器１４までのキャリブレーション光路における分光特
性は、ＦＣＦ２を除いた状態では、図６に示すように送
信光波長域において急峻な特性を示し、平坦なものとは
ならない。その原因は、前述の課題でも説明したよう
に、受信光軸角度検出器１４の直前に配置されるＳＰＦ
２７が図５に示したような急峻な分光特性を有すること
による。ＦＣＦ２は、図６に示した分光特性を平坦なも
のにするもので、図７に示すような分光特性、すなわち
送信光波長域を越える波長帯域では透過率が一定で、送
信光波長域以下の波長帯域では一定の傾きで透過率が減
少するような分光特性を有する。このＦＣＦ２が挿入さ
れた状態のキャリブレーション光路における分光特性
は、図８に示すように、送信光波長域において平坦なも
のになる。なお、本形態では、上述の波長板切替器１に
より、キャリブレーション時に受信光軸角度検出器１４
で検出される送信ビームのレーザ光成分の光強度レベル
は従来のもに比べて約１００倍程度ほど大きくなってい
るため、このＦＣＦ２にて生じる送信ビームのロスが問
題になることはない。

【００３５】次に、この空間光伝送装置の動作について
詳細に説明する。

【００３６】（１）キャリブレーションを行う場合 ここでは、送信光軸角度検出器１３と受信光軸角度検出
器１４との間のオフセット角度を以下のようにして求め
ることによりキャリブレーションが行われる。

【００３７】光送信器１１で円形に整形され平行にコリ
メートされて出力された送信ビームは、ＰＯＬ２１を通
過する際にその偏光方向が制限される。ここでは、ＬＤ
のレーザ光成分はＰＯＬ２１と偏光方向（Ｓ偏光）が同
じであるので、そのままほとんどロスなく通過するが、
ＬＤの自然発光成分はその無偏光成分のうちレーザ光成
分と同じ偏光成分（ここでは、Ｓ偏光）のみがＰＯＬ２
１を透過する。

【００３８】ＰＯＬ２１を透過した送信ビーム（Ｓ偏
光）は、ＬＰＦ２２、波長板切替器１を順次通過する。
ＬＰＦ２２では、図３に示した分光特性に従って送信ビ
ームの送信光波長域より短波長側の成分がある程度まで
除去される。波長板切替器１では、送信ビームの光路中
にλ／２板が挿入された状態になっており、そのλ／２
板によって送信ビームのレーザ光成分（Ｓ偏光）および
自然発光成分（Ｓ偏光）ともに偏光方向が９０°回転さ
れる。この波長板切替器１を通過した送信ビームの偏光
成分は、そのほとんどがＰ偏光になる。

【００３９】波長板切替器１を通過した送信ビームは、
送信ビーム偏向器１２を通過した後、ＢＳ２３によって
２方向に分割され、一方がＰＢＳ２４に入射し、他方が
送信光軸角度検出器１３に入射する。ＢＳ２３からＰＢ
Ｓ２４に入射する送信ビームは、レーザ光成分および自
然発光成分ともにＰＢＳ２４の反射面に対してそのほと
んどがＰ偏光で入射し、その入射光成分のほとんどがロ
スなくＰＢＳ２４を透過する。

【００４０】ＰＢＳ２４を透過した送信ビームは、光遮
断器１５、λ／４板２５、ＦＣＦ２を順次経てＣＣＲ２
６に入射し、このＣＣＲ２６にて入射光軸と同軸方向に
反射され、再びＦＣＦ２、λ／４板２５、光遮断器１５
を順次経てＰＢＳ２４へ再入射する。λ／４板２５で
は、ＰＢＳ２４から入射する送信ビームが直線偏光から
円偏光に変換され、さらにＣＣＲ２６で反射されて再入
射する送信ビームが円偏光から直線偏光に変換される。
ここで、ＣＣＲ２６は、ホロー型または反射面に反射コ
ーティングが施されたプリズム型のものであり、このＣ
ＣＲ２６で反射される円偏光は入射した際の円偏光とは
逆回りのものとなる。このため、ＣＣＲ２６で反射され
てλ／４板２５を再び通過した送信ビームの偏光方向
は、ＰＢＳ２４からλ／４板２５に入射した送信ビーム
の偏光方向に対して９０°回転することになる。したが
って、ＰＢＳ２４に再入射する送信ビームはそのほとん
どがＳ偏光となる。ＰＢＳ２４では、図４に示した分光
特性に従って、λ／４板２５を経てＰＢＳ２４に再入射
する送信ビームのうち、レーザ光成分についてはほとん
ど反射され、送信光波長域よりも短波長側の自然発光成
分については透過され、長波長側の自然発光成分につい
てはレーザ光成分と同様に反射される。

【００４１】ＰＢＳ２４にて反射された送信ビーム（Ｓ
偏光）は、ＳＰＦ２７を経て受信光軸角度検出器１４に
入射する。ＳＰＦ２７では、図５に示した分光特性に従
って、送信ビームのレーザ光成分の一部が遮断されると
ともに、長波長側の自然発光成分が完全に遮断され、Ｓ
ＰＦ２７を通過したレーザ光成分の一部が受信光軸角度
検出器１４に入射する。この受信光軸角度検出器１４に
入射する送信ビームのレーザ光成分が検出器の中央に入
射するように、送信ビーム偏向器１２にて送信ビームの
光軸方向を調整し、その状態で送信光軸角度検出器１３
にて検出される送信光軸角度がキャリブレーションに必
要なオフセット角度として求められる。

【００４２】上述のようにして求めたオフセット角度に
基づいて、送信光軸角度検出器１３と受信光軸角度検出
器１４の間のキャリブレーションを行うことで、初期状
態における受信ビームの光軸方向と送信ビームの光軸方
向との間のずれを補正する。

【００４３】本形態では、λ／４板２５とＣＣＲ２６と
の間にはＦＣＦ２が設けられており、これにより、光送
信器１１から受信光軸角度検出器１４までのキャリブレ
ーション光路における分光特性の、送信光波長域におけ
る平坦度を補償している（図７参照）。このため、光送
信器１１のＬＤ光源の発振波長が多少変動しても、受信
光軸角度検出器１４の受光レベルが大きく変動すること
はなく、受信光軸角度検出器１４の検出性能を安定して
確保することができる。よって、キャリブレーションを
安定して維持することができる。

【００４４】また、図７および図８に示したように、Ｆ
ＣＦ２では短波長側のＬＤの自然発光成分（ノイズ成
分）を大幅に除去することができるので、キャリブレー
ション性能はより一層向上することとなる。図９に、光
送信器１１から受信光軸角度検出器１４までのキャリブ
レーション光路を経た後のＬＤスペクトル特性を示す。
図９から分かるように、本形態では、レーザ光成分以外
のノイズとなる自然発光成分、特に短波長側の自然発光
成分は十分に除去されている。

【００４５】（２）空間光伝送を行う場合 空間光伝送では、上述したキャリブレーションを行った
後に、受信ビームの光軸を追尾しながら、受信ビームの
光軸方向に対して送信ビームの光軸方向が以下のように
して制御される。

【００４６】光送信器１１から出力されＰＯＬ２１を透
過した送信ビーム（Ｓ偏光）は、ＬＰＦ２２、波長板切
替器１を順次通過する。このとき、波長板切替器１で
は、送信ビームの光路中にλ／２板は挿入されておら
ず、入射する送信ビームはそのまま波長板切替器１を通
過するようになっている。波長板切替器１を通過した送
信ビームは、送信ビーム偏向器１２を経た後、ＢＳ２３
に入射する。そして、ＢＳ２３によって２方向に分割さ
れ、一方がＰＢＳ２４に入射し、他方が送信光軸角度検
出器１３に入射する。ＰＢＳ２４に入射する送信ビーム
はそのほとんどがＳ偏光であることから、ＰＢＳ２４で
はそのほとんどが反射され、その反射された送信ビーム
（Ｓ偏光）が送受信ビーム偏向器１６を経て装置外へ出
力される。この出力された送信ビームは、通信相手であ
る衛星により受信される。

【００４７】受信ビームの光軸方向に対する送信ビーム
の光軸方向の調整は、送信光軸角度検出器１３、受信光
軸角度検出器１４によってそれぞれ検出される送信光軸
角度、受信光軸角度および上述したオフセット角度に基
づいて行われる。

【００４８】一方、受信ビームは、送受信ビーム偏向器
１６、ＰＢＳ２４、ＳＰＦ２７を経て受信光軸角度検出
器１４に入射する。この受信光軸角度検出器１４で検出
された結果は送受信ビーム偏向器１６にフィードバック
されて、受信ビーム光軸方向の追尾に用いられる。

【００４９】以上のように、ＬＤを光源とする送信ビー
ムの直線偏光の方向を９０°回転させるための波長板
（λ／２板）切替器を、光送信器と送信ビーム偏向器と
の間に配置し、送信ビームを出力する時と装置内の送信
光軸−受信光軸間のキャリブレーションを行う時とで波
長板を切り替えることにより、キャリブレーション時に
ＬＤのレーザ光成分とは異なる自然発光成分の受信光軸
角度検出器へ戻入する量を大幅に低減することができ
る。これにより、装置のキャリブレーション性能を高め
ることができる。

【００５０】（他の実施形態）上述した実施形態は、偏
光方向回転手段として波長板切替器１を備えたものであ
ったが、この波長板切替器１に代えて、２台の光送信器
を用いても同様の動作を実現することができる。

【００５１】図１０は、本発明の第２の実施形態の空間
光伝送装置を示すブロック図である。この空間光伝送装
置は、波長板切替器に代わる偏光方向回転手段として２
台の光送信器１１ａ、１１ｂが設けられた以外は、図１
に示したものとほぼ同様のものである。図１０中、図１
に示した構成と同じものには同じ符号を付し、ここでは
それらの構成の詳細な説明は省略する。

【００５２】２台の光送信器１１ａ、１１ｂは、出力さ
れる送信ビームの偏光方向が互いに直交するように構成
されており、これら光送信器が通信時とオフセット角度
の算出時で切り替えられるようになっている。ここで
は、通信時に光送信器１１ａからＳ偏光の送信ビームが
出力され、キャリブレーション時に光送信器１１ｂから
Ｐ偏光の送信ビームが出力される。ＰＯＬ２１は、偏光
ビームスプリッタより構成され、光送信器１１ａ、１１
ｂからそれぞれ出力される送信ビームを多重する機能
と、偏光子としての機能とを兼ね備える。

【００５３】本形態の空間光伝送装置では、キャリブレ
ーションを行うときは光送信器１１ｂが駆動され、空間
光伝送を行うときは光送信器１１ａが駆動される。これ
により、前述の図１に示したものとほぼ同様の効果を得
られる。

【００５４】以上説明した各実施形態の空間光伝送装置
は、双方向かつ送受信ビームの光軸を同軸とするもの
で、送信ビームの波長が受信ビームの波長より長い場合
に適応したものであるが、反対に、送信ビームの波長が
受信ビームの波長より短くなるように構成してもよい。
また、送受信ビームの波長の間隔は、光伝送に影響がな
ければ、どのように設定してもよいが、送信ビームの光
路中に設けられるデバイスの分校特性を考慮すると、１
０〜数１０ｎｍと近接して設定することが望ましい。

【００５５】また、各実施形態において、ＰＯＬ２１や
ＬＰＦ２２を除いても十分なキャリブレーション性能を
確保することができる。その理由は、ＬＤのレーザ光成
分より短波長側の自然発光成分が多少大きくなったとし
ても、キャリブレーション時にはそれでもなお十分なＳ
／Ｎが確保できるからである。

【００５６】また、上述した各実施形態の空間光伝送装
置は、極めてシャープな送信ビームでも高精度に指向で
きるので、超長距離の空間光通信、例えば衛星間光通信
にも適用することができる。

【００５７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
送信ビームのほとんどをキャリブレーション時のオフセ
ット角度の算出に用いることができるので、キャリブレ
ーション時の送信光レベルを大きくすることができる。
このため、ＬＤの自然発光成分に対するＳ／Ｎを大幅に
向上することができるとともに、装置内の送信光軸−受
信光軸間のキャリブレーション性能を高めることがで
き、良好なキャリブレーションを安定して得ることがで
きる。また、ＳＰＦの分光特性を補償できるレベル的余
裕を得ることができる。

【００５８】また、本発明によれば、波長平坦補償フィ
ルタによりキャリブレーション光路の分光特性を平坦化
することができるので、光源の波長が多少変動しても受
信光軸角度検出器には安定な受光レベルが確保でき、装
置のキャリブレーション性能をより安定に維持すること
ができる。したがって、ＬＤの自然発光成分をさらに減
衰することができ、キャリブレーション時の送信光のＳ
／Ｎをさらに向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態の空間光伝送装置の概
略構成を示すブロック図である。

【図２】ＬＤの発光スペクトルの一例を示す図である。

【図３】ＬＰＦの分光特性を示す図である。

【図４】ＰＢＳの分光特性を示す図である。

【図５】ＳＰＦの分光特性を示す図である。

【図６】ＦＣＦを除いた状態におけるキャリブレーショ
ン光路における分光特性を示す図である。

【図７】ＦＣＦの分光特性を示す図である。

【図８】ＦＣＦが挿入された状態におけるキャリブレー
ション光路における分光特性を示す図である。

【図９】受信光軸角度検出器で検出される送信ビームの
スペクトル特性を示す図である。

【図１０】本発明の第２の実施形態の空間光伝送装置の
概略構成を示すブロック図である。

【図１１】従来の空間光伝送装置の概略構成を示すブロ
ック図である。

【図１２】図１１に示す空間光伝送装置におけるキャリ
ブレーション光路を経た後の送信ビームのスペクトル特
性を示す図である。

【符号の説明】

１ 波長板切替器 ２ ＦＣＦ ３ λ／２板 １１、１１ａ、１１ｂ 送信器 １２ 送信ビーム偏向器 １３ 送信光軸角度検出器 １４ 受信光軸角度検出器 １５ 光遮断器 １６ 送受信ビーム偏向器 ２１ ＰＯＬ ２２ ＬＰＦ ２３ ＢＳ ２４ ＰＢＳ ２５ λ／４板 ２６ ＣＣＲ ２７ ＳＰＦ

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１の偏光方向の送信ビームを外部へ送
   信するとともに、受信ビームを外部から受信する空間光
   伝送装置であって、 前記送信ビームとしての前記第１の偏光方向の光ビーム
   を出力する光源と、 前記光源から出力された光ビームを第１、第２の分岐ビ
   ームに分割するビーム分割手段と、 前記光源と前記ビーム分割手段の間に設けられ、初期状
   態における前記送信ビームと前記受信ビームとの間の光
   軸角度のずれであるオフセット角度の算出を行う場合に
   のみ、前記光源から出力された光ビームの偏光方向を前
   記第１の偏光方向とは異なる第２の偏光方向になるよう
   に回転する偏光方向回転手段と、 前記第１の分岐ビームが入射する、前記送信ビームの光
   軸角度を検出するための送信光軸角度検出手段と、 前記受信ビームと前記第２の分岐ビームが交差する位置
   に設けられ、前記第２の分岐ビームの前記第１の偏光方
   向の成分を前記受信ビームが受信される方向に反射し、
   前記第２の分岐ビームの前記第２の偏光方向の成分を透
   過する偏光ビーム分割手段と、 前記偏光ビーム分割手段を透過する前記第２の分岐ビー
   ムの前記第２の偏光方向の光の進行方向に配置されたλ
   ／４板と、 前記λ／４板を介して入射する前記第２の分岐ビームの
   前記第２の偏光方向の光を折り返して前記λ／４板を介
   して前記偏光ビーム分割手段に再入射させるコーナキュ
   ーブリフレクタと、 前記偏光ビーム分割手段と前記λ／４板の間に設けら
   れ、前記オフセット角度の算出を行う場合以外は前記偏
   光ビーム分割手段を透過する光を遮断する光遮断器と、 前記受信ビームが前記偏光ビーム分割手段を透過して入
   射するとともに、前記第２の分岐ビームの、前記コーナ
   キューブリフレクタから前記偏光ビーム分割手段に再入
   射する前記第１の偏光方向の光が、前記偏光ビーム分割
   手段にて前記透過した受信ビームの進行方向に反射され
   て入射する、前記受信ビームの光軸角度を検出するため
   の受信光軸角度検出手段とを有する空間光伝送装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の空間光伝送装置におい
   て、 前記偏光方向回転手段は、前記光源から出力された光ビ
   ームの偏光方向を９０°回転するλ／２板を有し、前記
   オフセット角度の算出を行う場合にのみ該λ／２板を前
   記光ビームの光路中に挿入するように構成されているこ
   とを特徴とする空間光伝送装置。
3. 【請求項３】 請求項１または２に記載の空間光伝送装
   置において、 前記コーナキューブリフレクタと前記λ／４板の間に、
   前記送信ビームの波長域において透過率が傾きを持つ分
   光特性を有する平坦補償フィルタをさらに有する ことを
   特徴とする空間光伝送装置。