JP4500894B2 - 空間光通信装置 - Google Patents

Description

本発明は、空間光通信装置に関する。例えば、地上における自動車同士、上空を移動する航空機や人工衛星同士あるいはそれらと地上との間の移動体通信において、互いに光追尾機構を搭載して、相互の位置を追尾しながら光通信を行えるようにした空間光通信装置に関する。

従来、空間光通信装置は、通信光、追尾光をそれぞれ形成する光源と、それらを送光する送光部、通信の相手側からの通信光、追尾光を受光する受光部、受光部の位置を制御する追尾台などから構成され、送光部、受光部では、送光光、受光光のビーム径を変換するアフォーカル光学系が共有されるものが知られている。そして、この追尾台の移動によりアフォーカル光学系の光軸を、受光された追尾光の方向に合わせる追尾動作を行うことで、相互の通信を確保するものが知られている。
例えば、特許文献１には、アフォーカル光学系である望遠鏡の像側に光ビームスプリッタを構成するコア装置を配置し、出光装置、受光装置、捕捉装置を配置し、それらが光学装置として一体に保持された構成を有し、自由空間で光伝送を行う光伝送装置が記載されている。さらに、別の光学系との連結を行うための光学式ビーコンを取り付け可能であることが開示されている。
また特許文献２には、通信用の波長０．８μｍ以上の赤外光と光軸合わせのための可視光とを、光ファイバカプラ、または光ファイバスイッチによって１つの光ファイバに導き、共通のレンズから出射するようにした空間伝送光通信装置が記載されている。
特開平１１−２６１４９２号公報（図２、４） 特開平９−６４８２１号公報（図７）

しかしながら、上記のような従来の空間光通信装置には、以下のような問題があった。
特許文献１に記載の技術では、コア装置により通信光、追尾光を分離することにより、通信動作と追尾動作を同時に行うことができるが、ビーコン光（追尾光）用の光源が必要であり、部品点数が多いものとなる。
また、特許文献２に記載の技術では、通信用の光源と、光軸合わせのための光源とを、光ファイバカプラまたは光ファイバスイッチによって１つの光ファイバに導くので、組立精度が緩く、装置のレイアウト自由度が大きくなっているものの、このような構成では、通信用、追尾用にそれぞれ専用の光源を備えるので、やはり部品点数が増大するという問題がある。

本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであって、光源を兼用することにより部品点数を低減することができる空間光通信装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明の空間光通信装置は、空間を介して相手側を追尾しつつ双方向に光通信を行うための空間光通信装置であって、情報信号により変調された通信光を供給する通信用光源と、相手側からの追尾を可能とする追尾光を供給する追尾用光源と、前記通信光および前記追尾光からなる送光光と装置外部からの受光光とを送受光する送受光光学系と、前記受光光のうち相手側の追尾に用いる追尾光を分岐して該追尾光の方向ずれ情報を検出する方向ずれ検出手段と、前記送受光光学系で受光された通信光の部分を受光する通信光検出部と、前記方向ずれ検出手段の検出出力に応じて追尾を行う追尾手段と、前記送受光される通信光の少なくともいずれかを増幅するためのポンプ光源を有するファイバアンプとを備え、前記ポンプ光源が前記追尾用光源を兼ねる構成とする。
このような構成により、送受光光学系で受光された受光光のうち追尾光が、方向ずれ検出手段に導かれて方向ずれ情報を検出し、追尾光の方向に追尾手段を作動させて追尾を行う。一方、送受光光学系で受光された受光光のうち、通信光は、通信光検出部で受光されるか、またはファイバアンプに導かれてポンプ光源による励起光により増幅されてから、通信光検出部で受光される。また、通信用光源から供給された通信光は、送受光光学系に導かれるか、またはファイバアンプに導かれてポンプ光源による励起光により増幅されてから、送受光光学系を通して装置外部に送光される。
そして、ポンプ光源の光は追尾光として、送受光光学系を通して装置外部に送光される。このため、ポンプ光源と追尾用光源とが兼用され、それぞれ独立の光源を有する場合に比べて部品点数を低減することが可能となる。
なお、追尾手段には、ジンバルステージなどにより送受光光学系および方向ずれ検出手段の全体を移動させて方向合わせを行うものや、ガルバノミラーなどにより送受光光学系内の光軸を変更することにより方向合わせを行うものが採用できる。

本発明の空間光通信装置では、前記ポンプ光源による励起光の一部を、前記ファイバアンプから、前記少なくともいずれかの通信光の光伝送路を介して前記送受光光学系に導くことにより、追尾光として送光することが好ましい。
この場合、ファイバアンプから、ファイバアンプに導かれる受光光としての通信光の光伝送路またはファイバアンプから出射される送光光としての通信光の光伝送路を介して、追尾光が前記送受光光学系に導かれるから、光伝送路を有効利用して追尾光の伝送が行われる。

また本発明の空間光通信装置では、前記追尾手段は、前記送受光光学系と前記方向ずれ検出手段とからなる光アンテナ部を追尾移動可能に支持する追尾台で構成され、前記光アンテナ部を含み前記追尾台上に設けられた追尾ユニットと、前記ファイバアンプを含む通信ユニットとが、光ファイバを介して接続された構成とすることが好ましい。
この場合、追尾台上に設けられた追尾ユニットと通信ユニットとが光ファイバを介して接続されることにより、通信ユニットの配置の自由度が大きくなり、装置の構成および組立調整が容易となる。また、通信ユニットの内部を光ファイバで接続可能な汎用的な光回路部品、光回路素子を用いて構成することにより、より組立が容易な構成とすることができる。

また本発明の空間光通信装置のうち通信ユニットを備える構成では、前記通信ユニットが、前記ファイバアンプから出射される追尾光と、前記ファイバアンプで増幅された通信光または増幅される通信光との光伝送路を分岐する第１の光路分岐手段を備える構成とすることが好ましい。
この場合、第１の光路分岐手段により、追尾光が、ファイバアンプを通る通信光の光伝送路を通して出射されてから、通信光と別の光伝送路に分岐されるから、追尾光と通信光とが分離された光伝送路を形成することができる。そのため、分離された光伝送路上の光回路分品、光回路素子として、追尾光または通信光の波長や偏波方向にのみに対応するものを用いることができるので、それらの部品を簡素化することができる。
第１の光路分岐手段として、例えば波長分離型カプラなどを採用することができる。

また本発明の空間光通信装置のうち通信ユニットを備える構成では、前記通信ユニットが、前記通信光検出部と前記通信用光源とを含み、前記通信光検出部で受光される通信光と、前記通信用光源から出射される通信光との光伝送路を分岐する第２の光路分岐手段を備える構成とすることが好ましい。
この場合、第２の光路分岐手段により、受光される通信光と通信用光源から出射される通信光とが分岐されるから、それぞれが分離された光伝送路を形成することができる。そのため、分離された光伝送路上の光回路分品、光回路素子として、それぞれの通信光の波長や偏波方向にのみに対応するものを用いることができるので、それらの部品を簡素化することができる。
第２の光路分岐手段として、光の伝送方向により光路を分岐するサーキュレータなどを採用することができる。

また本発明の空間光通信装置のうち第１の光路分岐手段を備える構成では、前記通信ユニットが、前記第１の光路分岐手段により光伝送路を分岐された追尾光および通信光を共通の光伝送路に導く光路合成手段を備える構成とすることが好ましい。
この場合、第１の光路分岐手段によりそれぞれ分離された追尾光と通信光とを、光路合成手段によりそれぞれ共通の光伝送路に導くことができるので、通信ユニットと追尾ユニットとを接続する光ファイバを１本化することができる。

また本発明の空間光通信装置のうち通信ユニットを備える構成では、前記方向ずれ検出手段の検出出力に応じて、前記光アンテナ部で受光された通信光の前記光ファイバに対する結合効率が最大となるように前記追尾台を移動させる構成とする。
この場合、光アンテナ部で受光された通信光が、通信ユニットと追尾ユニットとの間を接続する光ファイバに対して結合効率最大となるように追尾台が追尾移動されるから、光量が安定した通信光が光ファイバを介して通信ユニットに送られ、通信光検出部に伝送される。そのため、通信光検出部で通信光を安定して受光することができる。

また本発明の空間光通信装置のうち通信ユニットを備える構成では、前記通信ユニットが、前記追尾台の可動部と別体に設けられた構成とすることが好ましい。
この場合、通信ユニットを追尾台の可動部と別体とするので、追尾台の可動部の慣性負荷を低減することができる。

本発明の空間光通信装置によれば、ファイバアンプのポンプ光源と追尾用光源とが兼用されるので、それぞれに独立の光源を有する場合に比べて部品点数を低減することができ、簡素かつ低コストの装置とすることができるという効果を奏する。

以下では、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。すべての図面において、実施形態が異なる場合であっても、同一または相当する部材には同一の符号を付し、共通する説明は省略する。
［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態に係る空間光通信装置について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る空間光通信装置の概略構成について説明するための構成ブロック図である。

本実施形態の空間光通信装置１００は、図１に示すように、情報信号で変調された通信光Ｔ_１および通信の相手側で追尾に用いる追尾光Ｔ_２を送光し、通信の相手側から情報信号で変調された通信光Ｒ_１および通信の相手側を追尾するための追尾光Ｒ_２を受光することにより、受光された追尾光Ｒ_２を追尾して通信光Ｔ_１、Ｒ_１による双方向の通信を行うものであり、特に移動体間の通信に適するものである。

以下、通信光Ｔ_１、Ｒ_１、追尾光Ｔ_２、Ｒ_２の波長を、それぞれλ_Ｔ１、λ_Ｒ１、λ_Ｔ２、λ_Ｒ２と表記する。これらの波長は、例えば、通信規格、通信ノイズ、受光素子の感度などにより適宜設定することができるが、通信光と追尾光とを波長分離することができるように、λ_Ｔ１、λ_Ｒ１と、λ_Ｔ２、λ_Ｒ２との間で、異なる波長とすることが好ましい。
例えば、次の条件式（１）、（２）のような範囲とすることが好ましい。
０．０１μｍ＜｜λ_Ｔ１−λ_Ｔ２｜＜１．２μｍ ・・・（１）
０．０１μｍ＜｜λ_Ｒ１−λ_Ｒ２｜＜１．２μｍ ・・・（２）

本実施形態は、特に、通信光Ｔ_１、Ｒ_１、追尾光Ｔ_２、Ｒ_２の波長λ_Ｔ１、λ_Ｒ１、λ_Ｔ２、λ_Ｒ２のうち、λ_Ｔ２およびλ_Ｒ２だけが等しい場合に、双方向の空間光通信を行うものである。
このように、通信光Ｔ_１、Ｒ_１の波長を異なるものとすることにより、光学系内で戻り光、漏れ光などのノイズを分離しやすいという利点がある。その際、波長差を比較的小さく抑えると、反射率、透過率がほとんど変らないので、光学系内の光学素子、光回路素子などを共通使用したり、それらのコーティングを簡素にしたりすることができて好都合である。例えば、次の条件式の範囲とすることが好ましい。
０ｎｍ＜｜λ_Ｔ１−λ_Ｒ１｜＜５０ｎｍ ・・・（３）
ここで、上限値は、同一のコーティングでも、反射率、透過率がほとんど変らないようにするために設けられている。
なお、必要に応じて追尾光Ｔ_２、Ｒ_２の間で波長を変えてもよい。その場合、波長差を次の条件式の範囲とすれば、通信光の場合と同様の作用効果を備えるので好都合である。
０ｎｍ＜｜λ_Ｔ２−λ_Ｒ２｜＜５０ｎｍ ・・・（４）

本実施形態では、λ_Ｔ１＝１５５０ｎｍ、λ_Ｒ１＝１５６０ｎｍ、λ_Ｔ２＝λ_Ｒ２＝λ_２＝９８０ｎｍ、としている。
通信光を比較的長波長としているのは、大気のゆらぎに強く通信ノイズを低減できるためである。追尾光の波長を比較的短波長としているのは、波長感度が良好な、位置検知センサなどの受光素子が入手しやすく比較的安価な装置を構成できるためである。

空間光通信装置１００の概略構成は、光アンテナ部１（追尾ユニット）、追尾台４、および送受信モジュール３（通信ユニット）からなる。
光アンテナ部１は、通信の相手側から略同軸かつ略平行光束として送光された通信光Ｒ_１、追尾光Ｒ_２を、そのビーム径を制限して入射させる開口１ａ、ビームエキスパンダ１０（送受光光学系）、光分岐手段１１、位置検出器１２（位置検出センサ）、およびコネクタ５１からなる。

ビームエキスパンダ１０は、開口１ａからの入射光束を所定の角倍率で縮径し、装置内部からの送光光を所定の角倍率で拡径して出射できるようにしたアフォーカル光学系である。例えば、図示のような２群の正レンズによるケプラー型や、正レンズと負レンズとからなるガリレオ型のビームエキスパンダを採用できる。また、カセグレン型、グレゴリー型などの共軸反射型のビームエキスパンダや、偏心反射型光学系、あるいは複数の偏心反射面を有するプリズム光学系なども採用することができる。

光分岐手段１１は、ビームエキスパンダ１０で縮径された入射光束を波長と偏波方向とに応じて分岐する光学素子である。本実施形態では、波長λ_Ｔ１、λ_Ｔ２を含む波長帯の光を透過させ、波長λ_２の光を偏波成分、例えば偏波方向が図１の紙面垂直方向の偏波成分を反射し、図１の紙面平行方向の偏波成分を透過させる光分岐面を有する偏光ダイクロイックビームスプリッタで構成されている。このため、追尾光Ｒ_２の紙面垂直方向の偏波成分が反射され分岐するようになっている。

位置検出器１２は、光分岐手段１１で分岐された追尾光Ｒ_２のビーム中心位置を検出するためのセンサである。位置検出器１２の検出出力は、例えば、追尾光Ｒ_２が光アンテナ部１の光軸に沿って入射する場合の受光位置に対する位置ずれ量として出力される。
位置検出器１２は、ビーム受光位置の基準位置からのずれが検出できれば、どのようなセンサを用いてもよい。本実施形態では２次元ＣＣＤを採用しているが、位置検出器（ＰＳＤ）、４分割ＰＤなどを用いてもよい。
なお、より短い光路長で必要な位置検出範囲に対応するために、光分岐手段１１と位置検出器１２の間に、例えば集光レンズなどの適宜の光学系を設けてもよい。
光分岐手段１１と位置検出器１２とは方向ずれ検出手段を構成している。

コネクタ５１は、光ファイバを接続する部材で、波長λ_２の光の偏波方向を保存して伝送する偏波保存光ファイバ５０（光ファイバ）が接続されている。そのため、送受信モジュール３から偏波保存光ファイバ５０内を伝送された通信光Ｔ_１、追尾光Ｔ_２が光アンテナ部１内に出射されるようになっている。ここで偏波保存光ファイバ５０は、追尾光Ｔ_２の偏波方向がコネクタ５１で、図１の紙面平行方向となるように設置されている。
コネクタ５１から出射された通信光Ｔ_１、追尾光Ｔ_２は、結合レンズ１３により略平行光束とされ、ビームエキスパンダ１０の光軸に沿う方向に進み、光分岐手段１１に入射するようになっている。

追尾台４は、光アンテナ部１を保持して、光アンテナ部１の光軸を所望の方向に回動移動ができるようにした移動機構であり、位置検出器１２の検出出力により回動移動量を制御する移動制御部（不図示）を備えている。
追尾台４には、例えば、ジンバルステージや、２軸の回転ステージを組み合わせた移動機構などを採用することができる。

送受信モジュール３は、光アンテナ部１に対して通信光Ｔ_１、追尾光Ｔ_２を伝送するとともに、追尾モジュール５から伝送される通信光Ｒ_１を受光するものである。
その概略構成は、送信光入力部５３（通信用光源）、受信光出力部５４（通信光検知部）、ＥＤＦＡ２８、３３（ファイバアンプ）、サーキュレータ３０（第２の光路分岐手段）、およびコネクタ５２からなる。

送信光入力部５３は、送受信モジュール３外部の光ファイバ内を伝送される通信光Ｔ_１を光コネクタにより光ファイバ５５に導くことで送受信モジュール３内部に伝送することで、通信光Ｔ_１を供給するものである。通信光Ｔ_１を形成する光源（不図示）は、外部の光ファイバのどこに接続していてもよい。

ＥＤＦＡ３３は、光増幅器の一種で、誘導放出を用いたファイバアンプのうち、波長１５５０ｎｍ帯で最もよく用いられるエルビウム添加光ファイバアンプ（Erbium-Doped Fiber Amplifier）であり、エルビウム添加光ファイバ（以下、ＥＤＦＡと略称する）３３ａおよびポンプＬＤ３３ｂを備えている。
ポンプＬＤ３３ｂは、ＥＤＦＡ３３ａ内を伝送される通信光Ｔ_１を増幅するために、通信光Ｔ_１の波長に応じて決まる所定波長の励起光（ポンプ光）を注入するためのポンプ光源である。例えば、本実施形態のように、λ_Ｔ１＝１５５０ｎｍの場合には、ポンプ光の波長は、λ_２＝９８０ｎｍが好適である。
ＥＤＦＡ３３の出力側は、波長λ_２の光に対して偏波方向を保存する光ファイバ５６を介してサーキュレータ３０のポートｐ_１に接続されている。そして、ＥＤＦＡ３３は、ポンプＬＤ３３ｂのポンプ光のうち通信光Ｔ_１と同方向に進む光の一部が光ファイバ５６側に漏れるように構成されている。この漏れ光が追尾光Ｔ_２として、伝送されていく。したがって、ポンプＬＤ３３ｂはポンプ光源と追尾用光源とを兼ねている。
ポンプＬＤ３３ｂの漏れ光の割合は、ポンプ光、追尾光、それぞれに必要な光強度に応じて適宜設定する。

受信光出力部５４は、送受信モジュール３外部の光ファイバに通信光Ｒ_１を伝送するためのもので、光ファイバ３７と光コネクタで接続されることで、光ファイバ３７を伝送された通信光Ｒ_１を送受信モジュール３外部の光ファイバ内に伝送できるようになっている。
ＥＤＦＡ２８は、通信光Ｒ_１を増幅するためのファイバアンプで、ＥＤＦＡ３３とは異なり、ポンプ光を外部に漏らさない構成とされている。それ以外は、ＥＤＦＡ３３と同様の構成を有し、ＥＤＦＡ３３ａ、ポンプＬＤ３３ｂに対応して、ＥＤＦＡ２８ａ、ポンプＬＤ２８ｂ（ポンプ光源）を備えている。ポンプＬＤ２８ｂの波長は、ポンプＬＤ３３ｂと同様に通信光Ｒ_１の波長に応じて設定する。

ＥＤＦＡ２８とサーキュレータ３０との間を接続する光ファイバ３６の途中には、波長λ_Ｒ１以外の光がＥＤＦＡ２８に伝送されるのを防止するため、少なくとも波長λ_Ｔ１の光を除去できるようなバンド幅を有するバンドパスフィルタ４４が設けられている。

サーキュレータ３０は、それぞれが光ファイバに接続可能なポートｐ_１、ｐ_２、ｐ_３を備え、ポートｐ_１に入射された波長λ_Ｔ１の光をポートｐ_２に伝送し、ポートｐ_２に入射された波長λ_Ｒ１および波長λ_２の光をポートｐ_３に伝送する２波長対応の光回路素子である。そして、少なくともポートｐ_１からポートｐ_２に向かう光伝送路は偏波方向が保存されるようになっている。
ポートｐ_２とコネクタ５２とは、波長λ_２の光に対して偏波方向を保存する光ファイバ３５で接続されている。
このため、ポンプＬＤ３３ｂから出射され、光ファイバ５６、サーキュレータ３０、光ファイバ３５を伝送される波長λ_２の追尾光Ｔ_２は、偏波方向を保存して伝送され、コネクタ５２と通して偏波保存光ファイバ５０に接続されるようになっている。それぞれは、コネクタ５１での追尾光Ｔ_２の偏波方向がコネクタ５１で図１の紙面平行方向となるように配置されている。

このように送受信モジュール３は、追尾台４の可動部とは別体とされ、内部は、主として、光ファイバ、光回路素子などで光伝送路が形成された光ファイバ光学系で構成されている。
そのため、個々の部品の質量や大きさが制約されないので、有線光通信に汎用的に用いられる光回路部品を有効利用して構成することができる。また、各部品間の位置合わせなどが容易になるという利点がある。

また、サーキュレータ３０により通信光Ｒ_１と、通信光Ｔ_１および追尾光Ｔ_２とを進行方向により分岐するようにしたので、光ファイバ３５、偏波保存光ファイバ５０を、通信光Ｒ_１、通信光Ｔ_１および追尾光Ｔ_２の共通の光伝送路とすることができるものである。このため、光伝送路の数を低減でき、簡素な構成とすることができる。

次に空間光通信装置１００の動作について説明する。
図１に示すように、送信光入力部５３から出射された波長λ_Ｔ１の通信光Ｔ_１は、光ファイバ５５を伝送されて、ＥＤＦＡ３３に送られる。ＥＤＦＡ３３では、ポンプＬＤ３３ｂからＥＤＦＡ３３ａに伝送されるポンプ光の作用により、ＥＤＦＡ３３ａ内を進む通信光Ｔ_１が誘導放出を起こして増幅される。
ＥＤＦＡ３３は、数１０ｄＢ程度のゲインが得られるので、例えば送信光入力部５３に伝送される前の伝送路で光強度が減衰していても、光信号のまま増幅することができる。

そして、通信光Ｔ_１は、サーキュレータ３０のポートｐ_１からポートｐ_２へ伝送され、光ファイバ３５を通って、コネクタ５２から偏波保存光ファイバ５０に伝送される。
そして、コネクタ５１から光アンテナ部１内に出射され、結合レンズ１３により略平行光束とされて、ビームエキスパンダ１０の光軸に沿う方向に進んで、光分岐手段１１を透過する。そして、ビームエキスパンダ１０により、所定の角倍率で拡径され、開口１ａから出射される。

一方、ポンプＬＤ３３ｂから出射された励起光は、一部が、追尾光Ｔ_２としてＥＤＦＡ３３から出射される。そして、通信光Ｔ_１と同様の光伝送路を経由して、コネクタ５１を介して光アンテナ部１内に出射される。このとき、追尾光Ｔ_２の偏波方向は、図１の紙面平行方向とされるので、通信光Ｔ_１と同様に結合レンズ１３で略平行光束とされて、光分岐手段１１を進んで、ビームエキスパンダ１０の光軸に沿う方向に進み、光分岐手段１１を透過する。そして、ビームエキスパンダ１０により、所定の角倍率で拡径され、開口１ａから出射される。

次に受光光である通信光Ｒ_１、追尾光Ｒ_２の光路について説明する。
通信の相手側から送光される波長λ_Ｒ１の通信光Ｒ_１と波長λ_２の通信光Ｒ_１とは、開口１ａによりビーム径を規制された同軸の略平行光束としてビームエキスパンダ１０に入射する。そしてビームエキスパンダ１０により所定の角倍率で縮径され、光分岐手段１１に入射する。
光分岐手段１１は、波長λ_２の紙面垂直方向の偏波成分を略すべて反射するから、追尾光Ｒ_２のうちの紙面垂直方向の偏波成分が略すべて反射され、位置検出器１２で受光される。
位置検出器１２は、受光された追尾光Ｒ_２のビーム中心位置を検出し、光アンテナ部１の光軸からの位置ずれ量を追尾台４に出力する。そして追尾台４の移動制御部（不図示）により、光アンテナ部１の光軸方向が追尾光Ｒ_２の光軸と一致するように回動移動量が算出され、追尾台４の回動移動が行われる。

一方、通信光Ｒ_１は、波長λ_Ｒ１の光であるため、略すべてが、光分岐手段１１を透過し、結合レンズ１３によりコネクタ５１で偏波保存光ファイバ５０に結合される。そして、偏波保存光ファイバ５０内を伝送され、コネクタ５２から光ファイバ３５を通り、ポートｐ_２からサーキュレータ３０に入射され、ポートｐ_３に伝送される。
そして、光ファイバ３６を伝送され、バンドパスフィルタ４４により略波長λ_Ｒ１の光のみがＥＤＦＡ２８に入射する。
ＥＤＦＡ２８は、数１０ｄＢ程度のゲインが得られるので、例えば地上での長距離間の通信を行い、大気のゆらぎ、大気の吸収、ビーム広がりなどの影響により、通信光Ｒ_１の光強度がきわめて微弱となる場合でも、光強度を容易に増幅することができる。
このようにして増幅された通信光Ｒ_１が、受信光出力部５４に結合され、外部の光ファイバに向けて伝送される。外部の光ファイバ内では、光ファイバに接続した適宜の受信部（不図示）に伝送され、情報信号が取り出される。
ファイバアンプを用いることで、光電変換をする前に増幅できるので、光ファイバ光学系で構成される送受信モジュール３を簡素化できるという利点がある。

なお、通信光Ｒ_１の光強度が十分大きい場合には、ＥＤＦＡ２８を省略して、ポートｐ_３から受信光出力部５４に通信光Ｒ_１を伝送するようにしてもよい。

このように本実施形態の空間光通信装置１００によれば、光アンテナ部１から波長が異なる同軸の通信光Ｔ_１、Ｒ_１、追尾光Ｔ_２を送受光することができ、追尾光Ｒ_２により通信の相手側を追尾することができる。
その際、通信用光源、通信光検出部を含む送受信モジュール３を追尾台４の可動部と別体に設け、光アンテナ部１と送受信モジュール３との間を偏波保存光ファイバ５０で接続するようにしたので、追尾台４の可動部を軽量化、小型化することができる。そのため、追尾台４の可動部の慣性が低減され、高速の追尾動作を行うことが可能となり、移動体間通信に好適な空間光通信装置とすることができるものである。
また、通信光Ｔ_１を光増幅するＥＤＦＡ３３を設け、ポンプＬＤ３３ｂのポンプ光の一部をＥＤＦＡ３３から取り出して追尾光Ｔ_２とするので、ポンプ光源と追尾用光源とを兼ねることができ、送受信モジュール３を簡素化、低コスト化することができる。

［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態に係る空間光通信装置について説明する。
図２は、本発明の第２の実施形態に係る空間光通信装置の概略構成について説明するための構成ブロック図である。

本実施形態の空間光通信装置１０１は、図２に示すように、第１の実施形態と同様の波長を有する通信光Ｔ_１、Ｒ_１、追尾光Ｔ_２、Ｒ_２を用いて、双方向の空間光通信を行うもので、第１の実施形態の送受信モジュール３に代えて、送受信モジュール６７（通信ユニット）を備える。
送受信モジュール６７は、送受信モジュール３の受信光出力部５４、サーキュレータ３０、送信光入力部５３に代えて、信号受光部２９（通信光検出部）、サーキュレータ２６（第２の光路分岐手段）、ＬＤ２７（通信用光源）、を備え、波長分離型カプラ４１、４１を追加したものである。
以下、第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。

信号受光部２９は、図示しないが、通信光Ｒ_１を受光して光検出出力を得る光検出器と、その光検出出力を光電変換して情報信号を得る信号解析手段とから構成される。
光検出器は、通信光Ｒ_１の波長に応じて適宜のものを採用できるが、例えば、波長が１５５０ｎｍの場合、その波長帯での感度が良好で、高速応答性に優れるＩｎＧａＡｓフォトディテクタなどを採用することができる。
そして、光ファイバ３７を介してＥＤＦＡ２８の出力側と接続されている。光ファイバ３７には、信号受光部２９で略波長λ_Ｒ１の光のみが受光されるようにバンドパスフィルタ４４が配置されている。

サーキュレータ２６は、それぞれが光ファイバに接続可能なポートｐ_１、ｐ_２、ｐ_３を備え、波長λ_Ｔ１、λ_Ｒ１を含む波長帯の光に関して、ポートｐ_１に入射された光をポートｐ_２に伝送し、ポートｐ_２に入射された光をポートｐ_３に伝送する光回路素子であり、ファラデー効果などを用いた光デバイスなどで構成される。そして、ポートｐ_３が光ファイバ３６を介してＥＤＦＡ２８の入力側と接続されている。
サーキュレータ２６は、サーキュレータ３０とは異なり、大きな波長差を有する波長λ_２の光を伝送せず、きわめて近接した波長帯の通信光Ｒ_１、通信光Ｔ_１のみを進行方向によって分岐するものである。そのため、簡素かつ安価に構成できる１波長対応のサーキュレータを用いることができる。
したがって、送受信モジュール６７では、第１の実施形態と比較して、部品点数は増えるものの、全体として低コスト化を図ることができる。

ＬＤ２７は、通信光Ｔ_１を放射するための波長λ_Ｔ１のレーザダイオードであり、情報信号に基づいて不図示の変調駆動手段により変調駆動される。そして、通信光Ｔ_１は、不図示の結合レンズなどの光学素子により光ファイバ３８の端部に光学的に結合され、光ファイバ３８を介して通信光Ｔ_１をＥＤＦＡ３３に入射できるようになっている。

波長分離型カプラ４１は、入力ポートＰ_２、出力ポートＰ_１、Ｐ_３を備える。そして、入力ポートＰ_２に入力された光のうち、少なくとも波長λ_Ｒ１を含む波長λ_Ｔ１近傍の波長光を入力ポートＰ_２から出力ポートＰ_１に伝送し、波長λ_２の光を入力ポートＰ_２から出力ポートＰ_３に伝送する波長分離特性を有している。また、少なくとも波長λ_２の光に対しては、入力ポートＰ_２と出力ポートＰ_３との間で偏波方向を保存して伝送されるように構成される。

一方の波長分離型カプラ４１（第１の光路分岐手段）は、入力ポートＰ_２がＥＤＦＡ３３の出力側と接続され、出力ポートＰ_１がサーキュレータ２６のポートｐ_１と接続されている。
また、他方の波長分離型カプラ４１（光路合成手段）は、出力ポートＰ_１がサーキュレータ２６のポートｐ_２に接続され、入力ポートＰ_２がコネクタ５２に接続されている。
そして、それぞれの波長分離型カプラ４１の出力ポートＰ_３同士が接続されている。

このため、ＥＤＦＡ３３から出射される追尾光Ｔ_２は、一方の波長分離型カプラ４１の入力ポートＰ_２から出力ポートＰ_３を通して他方の波長分離型カプラ４１の入力ポートＰ_２に伝送されるようになっている。
また、ＥＤＦＡ３３から出射される通信光Ｔ_１は、一方の波長分離型カプラ４１の入力ポートＰ_２から出力ポートＰ_１を通して、サーキュレータ２６のポートｐ_１に伝送され、ポートｐ_２を通して、他方の波長分離型カプラ４１の出力ポートＰ_１に伝送され、入力ポートＰ_２に伝送されるようになっている。

このような構成によれば、ＬＤ２７から放射された通信光Ｔ_１は、光ファイバ３８を通してＥＤＦＡ３３に入射され、ポンプＬＤ３３ｂのポンプ光により増幅される。そして、波長分離型カプラ４１の入力ポートＰ_２、出力ポートＰ_１、サーキュレータ２６のポートｐ_１、ポートｐ_２、他方の波長分離型カプラ４１の出力ポートＰ_１、入力ポートＰ_２をこの順に伝送される。入力ポートＰ_２から、コネクタ５２を通して偏波保存光ファイバ５０に伝送され、第１の実施形態と同様にして開口１ａから出射される。

ＥＤＦＡ３３から出射される追尾光Ｔ_２は、一方の波長分離型カプラ４１の入力ポートＰ_２、出力ポートＰ_３、他方の波長分離型カプラ４１の出力ポートＰ_３、入力ポートＰ_２をこの順に伝送される。入力ポートＰ_２から、コネクタ５２を通して偏波保存光ファイバ５０に伝送され、第１の実施形態と同様にして開口１ａから出射される。

光アンテナ部１で受光された通信光Ｒ_１は、第１の実施形態と同様にして、光アンテナ部１からコネクタ５２に伝送される。そして、他方の波長分離型カプラ４１の入力ポートＰ_２、出力ポートＰ_１、サーキュレータ２６のポートｐ_２、ポートｐ_３、光ファイバ３６をこの順に伝送される。光ファイバ３６を通してＥＤＦＡ２８に伝送され、ポンプＬＤ２８ｂにより増幅されて、光ファイバ３７に出射される。そして、バンドパスフィルタ４４により略波長λ_Ｒ１のみが透過され、光ファイバ３７を通して信号受光部２９で受光され、光検出器で光電変換されて、信号解析手段により、適宜情報信号を取り出す処理が行われる。
追尾光Ｒ_２については、第１の実施形態と同様な光路を進むので説明を省略する。

本実施形態の空間光通信装置では、通信ユニットにおいて、送光する通信光を増幅するファイバアンプのポンプ光源を追尾用光源と兼用することで、追尾機能を有する双方向の空間光通信が可能となっている。その際、通信ユニット内で追尾光と通信光とを分岐する第１の光路分岐手段を設け、送光される通信光と受光される通信光とを第２の光路分岐手段で分岐することにより、それぞれの光伝送路を１波長対応の簡素な構成とすることができる実施形態となっている。
そのため、第１の実施形態と比べて、部品点数は増えるものの、第１、第２の光路分岐手段をより簡素な汎用的な部品で構成することができるから、より安価な装置とすることができるという利点がある。
また、他方の波長分離型カプラ４１は、一方の波長分離型カプラ４１により分岐された光路を進む通信光Ｔ_１と追尾光Ｔ_２とを１つの光路、入力ポートＰ_２に導く光路合成手段となっている。そのため、通信光Ｔ_１と追尾光Ｔ_２とが１本の偏波保存光ファイバ５０を伝送されて光アンテナ部１に出射されるので、通信ユニットと追尾ユニットとを接続する光ファイバの本数を１本で済ますことができるという利点がある。

［第３の実施形態］
次に、本発明の第３の実施形態に係る空間光通信装置について説明する。
図３は、本発明の第３の実施形態に係る空間光通信装置の概略構成について説明するための構成ブロック図である。

本実施形態の空間光通信装置１０２は、図３に示すように、第１の実施形態と同様の波長を有する通信光Ｔ_１、Ｒ_１、追尾光Ｔ_２、Ｒ_２を用いて、双方向の空間光通信を行うもので、第１の実施形態の送受信モジュール３に代えて、送受信モジュール６８（通信ユニット）を備える。
送受信モジュール６８は、第２の実施形態の送受信モジュール６７において、信号受光部２９とＬＤ２７を交換し、それに伴って、サーキュレータ２６のポートｐ_１とポートｐ_３との接続を入れ替え、ＥＤＦＡ２８、バンドパスフィルタ４４を削除したものである。
以下、第１、第２の実施形態と異なる点を中心に説明する。

本実施形態では、図３に示すように、サーキュレータ２６のポートｐ_１が光ファイバ３６を介してＬＤ２７と接続され、ポートｐ_３が一方の（ＥＤＦＡ３３に接続する側の）波長分離型カプラ４１の出力ポートＰ_１に接続されている。

このような構成によれば、ＬＤ２７から放射された通信光Ｔ_１は、光ファイバ３６、サーキュレータ２６のポートｐ_１、ポートｐ_２、他方の波長分離型カプラ４１の出力ポートＰ_１、入力ポートＰ_２を、この順に伝送される。入力ポートＰ_２から、コネクタ５２を通して偏波保存光ファイバ５０に伝送され、第１の実施形態と同様にして開口１ａから出射される。

ＥＤＦＡ３３から出射される追尾光Ｔ_２は、一方の波長分離型カプラ４１の入力ポートＰ_２、出力ポートＰ_３、他方の波長分離型カプラ４１の出力ポートＰ_３、入力ポートＰ_２をこの順に伝送される。入力ポートＰ_２から、コネクタ５２を通して偏波保存光ファイバ５０に伝送され、第１の実施形態と同様にして開口１ａから出射される。

光アンテナ部１で受光された通信光Ｒ_１は、第１の実施形態と同様にして、光アンテナ部１からコネクタ５２に伝送される。そして、他方の波長分離型カプラ４１の入力ポートＰ_２、出力ポートＰ_１、サーキュレータ２６のポートｐ_２、ポートｐ_３、一方の波長分離型カプラ４１の出力ポートＰ_１、入力ポートＰ_２をこの順に伝送される。そして、ＥＤＦＡ３３に伝送され、ポンプＬＤ３３ｂにより増幅されて、光ファイバ３８を通して信号受光部２９で受光され、光検出器で光電変換されて、信号解析手段により、適宜情報信号を取り出す処理が行われる。
追尾光Ｒ_２については、第１の実施形態と同様な光路を進むので説明を省略する。

なお、本実施形態では、ＥＤＦＡ２８を削除したが、第２の実施形態と同様に光ファイバ３６上に設けて配置しておいてもよい。そうすれば、ＬＤ２７として低出力のレーザダイオードを用いることができる。また、ＬＤ２７に代えて第１の実施形態のように送信光入力部５３を設ける場合にも有効である。

本実施形態の空間光通信装置では、通信ユニットにおいて、受光される通信光を増幅するファイバアンプのポンプ光源を追尾用光源と兼用することで、追尾機能を有する双方向の空間光通信が可能となっている。そして第２の実施形態と同様の作用効果を備えるものである。すなわち、通信用光源を光増幅する必要がない場合でも、本発明を適用できる例になっている。

［第４の実施形態］
次に、本発明の第４の実施形態に係る空間光通信装置について説明する。
図４は、本発明の第４の実施形態に係る空間光通信装置の概略構成について説明するための構成ブロック図である。

本実施形態の空間光通信装置１０３は、図４に示すように、通信光Ｔ_１、Ｒ_１、追尾光Ｔ_２、Ｒ_２において、それぞれの波長が、λ_Ｔ１＝λ_Ｒ１＝λ_１、λ_Ｔ２＝λ_Ｒ２＝λ_２の場合に、双方向の空間光通信を行うものである。ここで、各波長は、前記の条件式（１）、（２）を満たすことが好ましい。本実施形態では、λ_１＝１５５０ｎｍ、λ_２＝９８０ｎｍ、としている。

空間光通信装置１０３は、光アンテナ部７０（追尾ユニット）と受信モジュール６９（通信ユニット）とからなる。
光アンテナ部７０は、第１の実施形態の光アンテナ部１に、偏光ダイクロイックビームスプリッタ１４（第２の光路分岐手段）、結合レンズ２４、コリメートレンズ３２、ＬＤ２７を付け加えて構成される。
送受信モジュール６９は、第３の実施形態の送受信モジュール６８から、ＬＤ２７、サーキュレータ２６を削除し、ＶＯＡ５８、偏波コントローラ５９を付け加えたものである。
以下、第１、第３の実施形態と異なる点を中心に説明する。

偏光ダイクロイックビームスプリッタ１４は、波長λ_１の光を、偏波方向が図４の紙面平行方向の偏波成分を透過させ、図４の紙面垂直方向の偏波成分を反射することにより光路を分岐し、波長λ_２の光をすべて反射する光分岐面を有する光学素子である。
そして、ビームエキスパンダ１０の光軸方向から偏光ダイクロイックビームスプリッタ１４に入射する光の反射方向に、結合レンズ２４が配置され、その結像位置にコネクタ５１が配置されている。
また、ＬＤ２７は、図４の紙面平行方向を偏波方向とするその放射光をコリメートレンズ３２により略平行光束として、ビームエキスパンダ１０の光軸に沿う方向から偏光ダイクロイックビームスプリッタ１４に入射できるように配置されている。
コネクタ５１には、波長λ_１、λ_２の光をそれぞれの偏波方向を保存して伝送する偏波保存光ファイバ６０（光ファイバ）が接続されている。
偏波保存光ファイバ６０は、受信モジュール６９とコネクタ５２を介して接続されており、受信モジュール６９から偏波保存光ファイバ６０を通して伝送される波長λ_１およびλ_２の光が、コネクタ５１において図４の紙面平行方向に偏波方向を揃えて出射されるように配置されている。

受信モジュール６９の波長分離型カプラ４１、４１は、出力ポートＰ_１同士が接続され、出力ポートＰ_３、Ｐ_３の間には、ＶＯＡ５８、偏波コントローラ５９が接続されている。
ＶＯＡ５８は、出力ポートＰ_３を伝送される追尾光Ｔ_２の光強度を制御するための可変減衰機である。
偏波コントローラ５９は、同じく追尾光Ｔ_２の偏波方向が、図４の紙面平行方向に揃うように制御するためのものである。これにより、光分岐手段１１での透過損失を低減することができる。

このような構成によれば、ＬＤ２７から放射された通信光Ｔ_１は、コリメートレンズ３２で略平行光束とされ、偏光ダイクロイックビームスプリッタ１４を略すべて透過して、光分岐手段１１に入射し、光分岐手段１１を略すべて透過して、ビームエキスパンダ１０に入射され、所定の角倍率で拡径されて、開口１ａから出射される。

ＥＤＦＡ３３から出射される追尾光Ｔ_２は、一方の波長分離型カプラ４１の入力ポートＰ_２、出力ポートＰ_３を伝送され、ＶＯＡ５８により適宜光量となるように光強度を可変される。そして、偏波コントローラ５９により、図４の紙面平行方向に偏波方向を制御されてから、他方の波長分離型カプラ４１の出力ポートＰ_３、入力ポートＰ_２を伝送されて、コネクタ５２で偏波保存光ファイバ６０に結合される。
そして、コネクタ５１から偏波方向が保存された状態で出射され、結合レンズ２４により略平行光束とされる。そして偏光ダイクロイックビームスプリッタ１４に入射し、光分岐面で略すべて反射され、ビームエキスパンダ１０の光軸に沿って進み、光分岐手段１１を略すべて透過し、ビームエキスパンダ１０に入射され、所定の角倍率で拡径されて、開口１ａから出射される。

光アンテナ部１で受光された通信光Ｒ_１は、ビームエキスパンダ１０で縮径されて、光分岐手段１１を略すべて透過して、偏光ダイクロイックビームスプリッタ１４に入射され、光分岐面で略すべて反射される。そして、結合レンズ２４により偏波保存光ファイバ６０に結合され、受信モジュール６９に伝送される。
そして、コネクタ５２から、他方の波長分離型カプラ４１の入力ポートＰ_２、出力ポートＰ_１、一方の波長分離型カプラ４１の出力ポートＰ_１、入力ポートＰ_１をこの順に伝送され、ＥＤＦＡ３３に入射される。
そして、ポンプＬＤ３３ｂのポンプ光の誘導放出により光増幅される。増幅された通信光Ｒ_１は、光ファイバ３８を通して信号受光部２９で受光され、光検出器で光電変換されて、信号解析手段により、適宜情報信号を取り出す処理が行われる。
追尾光Ｒ_２については、第１の実施形態と同様な光路を進むので説明を省略する。

本実施形態の空間光通信装置では、通信ユニットにおいて、受光される通信光を増幅するファイバアンプのポンプ光源を追尾用光源と兼用することで、追尾機能を有する双方向の空間光通信が可能となっている。その際、通信用光源を追尾ユニットに一体化し、第２の光路分岐手段として、比較的コンパクトかつ安価な空間伝播光の光路分岐素子として、偏光ダイクロイックビームスプリッタ１４を用いることで、コンパクトな構成としている。

なお、上記第１〜第４の実施形態の説明では、追尾光Ｒ_２を位置検出器１２により検出し、追尾台４を移動することで追尾動作を行う例で説明したが、このような追尾動作を粗追尾とし、さらにより高精度の精追尾動作が行えるように変形してもよい。
そのような構成の一例について、ビームエキスパンダ１０として、偏心反射光学系を用いた場合で簡単に説明する。なお、便宜上、第１の実施形態に適用した場合について説明するが、追尾光の波長や偏波状態などの条件に応じて適宜必要な修正を加えた上で、他の実施形態に適用することはきわめて容易である。
図５は、本発明の第１〜第４の実施形態の変形例の構成について説明するための光軸を含む断面における光路図である。

図５に示すように、本変形例は、ビームエキスパンダ１０が、反射ミラー１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃからなり、光分岐手段１１に代えて、光分岐手段１１Ａ、１１Ｂを備え、位置検出器１２に代えて、位置検出器１２Ａ、１２Ｂを備えるとともに、光偏向手段であるガルバノミラー１５を備える。以下、これらの構成について、通信光Ｒ_１、追尾光Ｒ_２の光路に沿って説明する。

本変形例のビームエキスパンダ１０は、光路に沿って、反射ミラー１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃがこの順に配置されることで、その光路内に中間像１０ａを形成し、略平行光である通信光Ｒ_１、追尾光Ｒ_２を略平行光として出射するアフォーカル光学系を構成している。そして、反射ミラー１０Ｃの近傍に射出瞳１０ｂが形成されるようになっている。
反射ミラー１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃは、例えば、それぞれ正、負、正のパワーを有する反射面が入力光の光軸に対して偏心または傾いて配置され、ジグザグ状に折り畳まれた光路を形成するものである。中間像１０ａは、例えば、反射ミラー１０Ｂと反射ミラー１０Ｃとの中間に形成され、反射ミラー１０Ｂと中間像１０ａと光路中に光分岐手段１１Ａが配置される。
反射ミラー１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃの光学作用面の面形状は、偏心収差の補正に好適な回転非対称面などを含む自由曲面から構成される。

光分岐手段１１Ａは、波長λ_Ｒ２の光の紙面垂直方向の偏波成分の一部、例えば３０％を反射するように設定された光分岐面を備える。そして、光分岐手段１１Ａで反射された光が、位置検出器１２と同様に構成された、例えばＣＣＤなどからなる位置検出器１２Ａに導かれるように配置されている。

ガルバノミラー１５は、射出瞳１０ｂの近傍に配置され、反射ミラー１０Ｃから出射された略平行光が進む方向を制御するための可動ミラーであり、不図示の回動制御手段からの制御信号に応じて回動し、反射面の角度が制御されるようになっている。
光分岐手段１１Ｂは、ガルバノミラー１５とコネクタ５１との間の光路中に配置され、波長λ_Ｒ２の紙面垂直方向の偏波成分をすべて反射する光分岐面を備え、その反射光を、高精度な位置検出に適する４分割ＰＤなどからなる位置検出器１２Ｂに導くものである。
レンズ１６は、光分岐手段１１Ｂで反射された光が、位置検出器１２Ｂ上で適宜の光束径、移動量となるように集光するために必要に応じて設けられる光学素子である。
ここで、図示を省略したが、光分岐手段１１Ｂとコネクタ５１との間には、第１の実施形態と同様に、結合レンズ１３が配置されている。また、他の実施形態から変形する場合には、必要に応じて適宜の光学系が配置される。例えば、第４の実施形態から変形する場合には、偏光ダイクロイックビームスプリッタ１４、結合レンズ２４などが配置される。

なお、反射ミラー１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃは、それらの光学作用面を内部反射により実現する偏心反射プリズムで構成することもできる。また、それらの反射面に加えて光分岐手段１１Ａの光分岐面も一体化した偏心反射プリズムを用いることもできる。

本変形例の動作について粗追尾、精追尾動作を中心に簡単に説明する。
通信の相手側から送光される波長λ_１の通信光Ｒ_１と波長λ_２の追尾光Ｒ_２とは、開口１ａによりビーム径を規制された同軸の略平行光束としてビームエキスパンダ１０に入射する。そして反射ミラー１０Ａ、１０Ｂにより集光される。
光分岐手段１１Ａに入射した光は、光分岐手段１１Ａの光分岐面の作用により、追尾光Ｒ_２のうち、紙面垂直方向の偏波成分の３０％が反射されて、位置検出器１２Ａで受光される。
位置検出器１２Ａは、受光された追尾光Ｒ_２のビーム中心位置を検出し、光アンテナ部１の光軸からの位置ずれ量を追尾台４に出力する。そして追尾台４の移動制御部（不図示）により、光アンテナ部１の光軸方向が追尾光Ｒ_２の光軸と一致するように回動移動量が算出され、追尾台４の回動移動が行われる（粗追尾動作）。

一方、光分岐手段１１Ａを透過した追尾光Ｒ_２は、反射ミラー１０Ｃにより略平行光とされ、ガルバノミラー１５により反射されて、光分岐手段１１Ｂの光分岐面の作用により、追尾光Ｒ_２のうちの紙面垂直方向のすべての偏波成分が反射されて、位置検出器１２Ｂで受光される。

位置検出器１２Ｂは、受光された追尾光Ｒ_２のビーム中心位置を検出し、光アンテナ部１の光軸からの位置ずれ量をガルバノミラー１５に出力する。そしてガルバノミラー１５の回動制御部（不図示）により、結合レンズ２４の光軸方向が追尾光Ｒ_２の光軸と一致するように回動移動量が算出され、ガルバノミラー１５の回動移動が行われる（精追尾動作）。このように位置検出器１２Ｂで検出された方向ずれ情報が光偏向手段にフィードバックされるので、光分岐手段１１Ｂを透過する通信光Ｒ_１は、不図示の結合レンズ１３の光軸上を進んで、コネクタ５１に効率よく結合される。

このような精追尾動作は、慣性が小さいガルバノミラー１５により極めて高速に行われる。また、位置検出器１２Ｂに４分割ＰＤなどの高精度の位置検出手段を用いることにより高精度の追尾を行うことができるものである。
なお、このような精追尾機構を備えることで、まず精追尾により追尾を行い、ずれ量がある一定量を超えたとき追尾台４の移動制御部とガルバノミラー１５の回転制御部が連係して粗追尾をするようにすれば、入射方向ずれや、変動などが生じても、略リアルタイムに解消することができる。そのため、通信光Ｒ_１のコネクタ５１への入射位置が安定し、通信光Ｒ_１の入射位置ずれによる受光量の変動が防止される。
本変形例では、通信光Ｒ_１が常に光ファイバのＮＡの範囲に入射するように精追尾を行い、コネクタ５１の受光面を偏波保存光ファイバ５０の端面自体としている。それにより、簡素な構成となり、コネクタ５１での光量損失や光学的ノイズの発生も抑制できるという利点がある。
また、粗追尾機構のみであっても、通信光Ｒ_１が光ファイバのＮＡの範囲に入射できるように追尾が行われるならば、上記の第１〜４の実施形態においても同様に、コネクタ５１の受光面を偏波保存光ファイバ５０、６０の端面自体で構成することが好ましい。

また、上記の説明では、通信ユニットである送受信モジュール３、６７、６８、受信モジュール６９は、いずれも追尾ユニットである光アンテナ部１、７０と別体であるとして説明したが、通信ユニットを軽量、小型に設けることができる場合や、追尾台の駆動能力が高い場合には、通信ユニットを追尾台の可動部に保持してもよい。

また、上記の説明では、第１の実施形態のみに、送信光入力部５３、受信光出力部５４を設け、第２〜４の実施形態は、それらに代えてＬＤ２７、信号受光部２９を設ける例で説明したが、これらは、必要に応じて適宜入れ替えたり、組合せを替えたりして用いてもよい。
そして、送信光入力部５３、受信光出力部５４を採用する場合、おおもとの光源、光検出器は、それらに直接的に接続された有線通信網上、または、そのような有線通信網により中継された他の有線通信網上に設けられた構成とすることができる。

また、上記の説明では、一例として、バンドパスフィルタ４４、ＶＯＡ５８、偏波コントローラ５９など、光伝送路を伝送される光の波長、光強度、偏波方向などの特性値を可変する素子、部品を光伝送路上に設けた例について説明したが、このような素子、部品は、必要に応じて適宜組み合わせて設けることができる。

本発明の第１の実施形態に係る空間光通信装置の概略構成について説明するための構成ブロック図である。 本発明の第２の実施形態に係る空間光通信装置の概略構成について説明するための構成ブロック図である。 本発明の第３の実施形態に係る空間光通信装置の概略構成について説明するための構成ブロック図である。 本発明の第４の実施形態に係る空間光通信装置の概略構成について説明するための構成ブロック図である。 本発明の第１〜第４の実施形態の変形例の構成について説明するための光軸を含む断面における光路図である。

符号の説明

１、７０ 光アンテナ部（追尾ユニット）
３、６７、６８ 送受信モジュール（通信ユニット）
４ 追尾台
１０ ビームエキスパンダ（送受光光学系）
１１、１１Ａ、１１Ｂ 光分岐手段（方向ずれ検出手段）
１２、１２Ａ、１２Ｂ 位置検出器（方向ずれ検出手段）
１３、２４ 結合レンズ
１４ 偏光ダイクロイックビームスプリッタ（第２の光路分岐手段）
１５ ガルバノミラー（光偏向手段）
２６、３０ サーキュレータ（第２の光路分岐手段）
２８、３３ ＥＤＦＡ（ファイバアンプ）
３３ｂ ポンプＬＤ（追尾用光源）
２７ ＬＤ（通信用光源）
２９ 信号受光部（通信光検出部）
４１ 波長分離型カプラ（第１の光路分岐手段）
５０、６０ 偏波保存光ファイバ（光ファイバ）
５３ 送信光入力部（通信用光源）
５４ 受信光出力部（通信光検出部）
１００、１０１、１０２、１０３ 空間光通信装置

Claims (8)

1. 空間を介して相手側を追尾しつつ双方向に光通信を行うための空間光通信装置であって、
   情報信号により変調された通信光を供給する通信用光源と、
   相手側からの追尾を可能とする追尾光を供給する追尾用光源と、
   前記通信光および前記追尾光からなる送光光と装置外部からの受光光とを送受光する送受光光学系と、
   前記受光光のうち相手側の追尾に用いる追尾光を分岐して該追尾光の方向ずれ情報を検出する方向ずれ検出手段と、
   前記送受光光学系で受光された通信光の部分を受光する通信光検出部と、
   前記方向ずれ検出手段の検出出力に応じて追尾を行う追尾手段と、
   前記送受光される通信光の少なくともいずれかを増幅するためのポンプ光源を有するファイバアンプとを備え、
   前記ポンプ光源が前記追尾用光源を兼ねることを特徴とする空間光通信装置。
2. 前記ポンプ光源による励起光の一部を、前記ファイバアンプから、前記少なくともいずれかの通信光の光伝送路を介して前記送受光光学系に導くことにより、追尾光として送光することを特徴とする請求項１に記載の空間光通信装置。
3. 前記追尾手段は、前記送受光光学系と前記方向ずれ検出手段とからなる光アンテナ部を追尾移動可能に支持する追尾台で構成され、
   前記光アンテナ部を含み前記追尾台上に設けられた追尾ユニットと、前記ファイバアンプを含む通信ユニットとが、光ファイバを介して接続されたことを特徴とする請求項１または２に記載の空間光通信装置。
4. 前記通信ユニットが、
   前記ファイバアンプから出射される追尾光と、前記ファイバアンプで増幅された通信光または増幅される通信光との光伝送路を分岐する第１の光路分岐手段を備えることを特徴とする請求項３に記載の空間光通信装置。
5. 前記通信ユニットが、
   前記通信光検出部と前記通信用光源とを含み、
   前記通信光検出部で受光される通信光と、前記通信用光源から出射される通信光との光伝送路を分岐する第２の光路分岐手段を備えることを特徴とする請求項３また４に記載の空間光通信装置。
6. 前記通信ユニットが、
   前記第１の光路分岐手段により光伝送路を分岐された追尾光および通信光を共通の光伝送路に導く光路合成手段を備えることを特徴とする請求項４〜５のいずれかに記載の空間光通信装置。
7. 前記方向ずれ検出手段の検出出力に応じて、前記光アンテナ部で受光された通信光の前記光ファイバに対する結合効率が最大となるように前記追尾台を移動させることを特徴とする請求項３〜６のいずれかに記載の空間光通信装置。
8. 前記通信ユニットが、前記追尾台の可動部と別体に設けられたことを特徴とする請求項３〜７のいずれかに記載の空間光通信装置。

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