JP5738436B2 - レーザレーダ装置 - Google Patents

Description

この発明は、装置内の光の伝搬光路として光ファイバを使用し、レーザ光を大気中に照射して目標（例えば、大気、大気中の微粒子やエアロゾル、飛翔体、建築物など）によるレーザ光の散乱光を受信し、その散乱光が受けているドップラーシフトを検出することで、目標の位置や速度を計測するレーザレーダ装置に関するものである。

以下の非特許文献１には、光変調器として、パルス駆動された音響光学（ＡＯ）素子を使用することで、送信光をパルス化しているレーザレーダ装置が開示されている。
また、以下の特許文献１には、装置内の光の伝搬光路として光ファイバを使用しているレーザレーダ装置が開示されており、このレーザレーダ装置では、光ファイバで生じる誘導ブリルアン散乱と呼ばれる非線形光学効果によって、送信光のピークパワーが制限されることを考慮し、波長が異なる複数のＣＷレーザ光源を用いて、送信パワーを増加することで、高ＳＮ比の計測を実現している。
なお、このレーザレーダ装置では、波長分離素子を用いて、受信光を波長毎に分離する信号分離処理を実施するとともに、波長毎の受信光と波長毎の局部発振光を合波してコヒーレント検出処理を実施し、各コヒーレント検出信号を積分処理することで高ＳＮ比を得ている。

特開２００４−２１９２０７号公報（段落番号［００１１］、図１）

G. N. Pearson and J. Eacock著「Proceedings of 11th Coherent Laser Radar Conference」（Malvern，Worcestershire，UK，July 2001）、第144頁−第146頁

従来のレーザレーダ装置は以上のように構成されているので、高ＳＮ比の計測を実現することができるが、信号光波長毎に光検出器が必要になるため、構成が複雑になるとともに、装置が大型化して、高価になる課題があった。
また、信号光波長が増加すると、波長分離素子では、複数の波長を分離しなければならないため、構造が複雑になるとともに、受信光に対する損失が増加して受信光パワーが減衰し、波長毎のコヒーレント検出信号が低ＳＮ化してしまう課題があった。

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、構成の複雑化を招くことなく、簡単な構成で高ＳＮ比の計測を実現することができるレーザレーダ装置を得ることを目的とする。

この発明に係るレーザレーダ装置は、波長が異なる複数のＣＷレーザ光を発振するＣＷレーザ光源と、ＣＷレーザ光源により発振されたＣＷレーザ光を分岐する光分岐器と、光分岐器により分岐された一方のＣＷレーザ光を変調する光変調器と、光変調器により変調されたレーザ光を増幅する光ファイバ増幅器と、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する一方、目標によるレーザ光の散乱光を受信する送受信光学系と、送受信光学系により受信された散乱光と光分岐器により分岐された他方のＣＷレーザ光を混合して、その散乱光とＣＷレーザ光の混合光を出力する光合波器と、光合波器から出力された混合光を受光して、その散乱光とＣＷレーザ光のビート信号を検出する光検出器と、光検出器により検出されたビート信号から目標に関する情報を抽出する情報抽出器とを備え、装置内の光の伝搬光路が光ファイバにより構成され、光検出器で検出されるビート信号は、波長が異なる複数のＣＷレーザ光によるビート信号のスペクトル成分が重ね合わされているようにしたものである。

この発明によれば、波長が異なる複数のＣＷレーザ光を発振するＣＷレーザ光源と、ＣＷレーザ光を分岐する光分岐器と、光分岐器により分岐された一方のＣＷレーザ光を変調する光変調器と、光変調器により変調されたレーザ光を増幅する光ファイバ増幅器とを設け、送受信光学系が、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する一方、目標によるレーザ光の散乱光を受信するように構成したので、構成の複雑化を招くことなく、簡単な構成で高ＳＮ比の計測を実現することができる効果がある。

この発明の実施の形態１によるレーザレーダ装置を示す構成図である。 この発明の実施の形態２によるレーザレーダ装置を示す構成図である。 この発明の実施の形態３によるレーザレーダ装置を示す構成図である。 この発明の実施の形態４によるレーザレーダ装置を示す構成図である。 この発明の実施の形態５によるレーザレーダ装置を示す構成図である。 この発明の実施の形態６によるレーザレーダ装置を示す構成図である。

以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１によるレーザレーダ装置を示す構成図である。
図１において、ＣＷレーザ光源１は周波数ｆ₁のＣＷ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｗａｖｅ：連続波）レーザ光を発振する光源である。
ＣＷレーザ光源２は周波数ｆ₂のＣＷレーザ光を発振する光源である。
ただし、ＣＷレーザ光源１，２により発振されるＣＷレーザ光の周波数ｆ₁，ｆ₂は、光ファイバ増幅器６の利得帯域内にあり、かつ、周波数ｆ₁と周波数ｆ₂の差が、光ファイバで生じる誘導ブリルアン散乱の利得帯域幅より大きいものとする。

光合波カプラ３はＣＷレーザ光源１により発振された周波数ｆ₁のＣＷレーザ光とＣＷレーザ光源２により発振された周波数ｆ₂のＣＷレーザ光を混合する光学素子である。なお、光合波カプラ３は第１の光合波器を構成している。
光分岐カプラ４は光合波カプラ３により混合されたＣＷレーザ光を２分岐して、一方のＣＷレーザ光を送信種光として光変調器５に出力し、他方のＣＷレーザ光を局部発振光として光合波カプラ９に出力する光学素子である。なお、光分岐カプラ４は光分岐器を構成している。
光変調器５は光分岐カプラ４から出力された送信種光をパルス化して、周波数の変調を付加（コヒーレント検出を行う際の中間周波数ｆ_Mを付加）することで、周波数がｆ₁＋ｆ_M，ｆ₂＋ｆ_Mである変調後の送信種光を光ファイバ増幅器６に出力する処理を実施する。

光ファイバ増幅器６は光変調器５から出力された変調後の送信種光であるレーザ光を増幅する光学素子である。
光サーキュレータ７は光ファイバ増幅器６により増幅されたレーザ光を送受信光学系８側に通過させる一方、そのレーザ光と逆向きに伝搬するレーザ光（送受信光学系８により受信された散乱光）の光路を光合波カプラ９側に切り替えて、そのレーザ光を光合波カプラ９に伝搬させる光学素子である。

送受信光学系８は光サーキュレータ７を通過してきたレーザ光を目標（例えば、大気、大気中の微粒子やエアロゾル、飛翔体、建築物など）に向けて照射する一方、目標による上記レーザ光の散乱光を受信する処理を実施する。
光合波カプラ９は送受信光学系８により受信されて光サーキュレータ７を通過してきた散乱光と光分岐カプラ４から出力された局部発振光を混合して、その散乱光と局部発振光の混合光を出力する光学素子である。なお、光合波カプラ９は第２の光合波器を構成している。

光検出器１０は光合波カプラ９から出力された混合光を受光して、その散乱光と局部発振光のビート信号を検出する処理を実施する。
情報抽出器である信号処理装置１１は光検出器１０により検出されたビート信号から目標に関する情報（例えば、散乱光の受信信号強度、ラウンドトリップ時間、ドップラー周波数などの情報）を抽出し、目標に関する情報から目標の運動諸元（例えば、目標までの距離、速度分布）を算出する処理を実施する。
なお、図１のレーザレーダ装置では、光検出器１０と信号処理装置１１が電線で結ばれているが、その他の構成要素間は光ファイバで結ばれている。

次に動作について説明する。
この実施の形態１では、目標がエアロゾル（大気中を浮遊する塵などの粒子）であるとし、エアロゾルによるレーザ光の散乱光のドップラーシフトを検出することで、風速を計測する例を説明する。

まず、ＣＷレーザ光源１は、周波数ｆ₁のＣＷレーザ光を発振する。このＣＷレーザ光は光ファイバに結合されて光合波カプラ３に伝搬される。
また、ＣＷレーザ光源２は、周波数ｆ₂のＣＷレーザ光を発振する。このＣＷレーザ光は光ファイバに結合されて光合波カプラ３に伝搬される。
各レーザ光のスペクトル幅は、コヒーレントの検出精度を高めるには、できるだけ狭線幅であることが好ましく、例えば、１００ｋＨｚ以下のものを用いることが好適である。
このようなレーザ光源として、例えば、ＤＦＢ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｆｅｅｄ−Ｂａｃｋ）ファイバレーザや、ＤＦＢ-ＬＤ（Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ）などを利用することができる。

光合波カプラ３は、ＣＷレーザ光源１から周波数ｆ₁のＣＷレーザ光を受け、ＣＷレーザ光源２から周波数ｆ₂のＣＷレーザ光を受けると、周波数ｆ₁のＣＷレーザ光と周波数ｆ₂のＣＷレーザ光を混合し、混合後のＣＷレーザ光を光分岐カプラ４に出力する。
光分岐カプラ４は、光合波カプラ３から混合後のＣＷレーザ光を受けると、そのＣＷレーザ光の光パワーを所定割合で２つの光路に分岐して、一方のＣＷレーザ光を送信種光として光変調器５に出力し、他方のＣＷレーザ光をコヒーレント検出用の局部発振光として光合波カプラ９に出力する。
光分岐カプラ４における光パワーの分岐比は、ＣＷレーザ光の周波数に対する依存性が小さいものが好適である。

光変調器５は、光分岐カプラ４から周波数ｆ ₁ ，ｆ ₂ の送信種光を受けると、その送信種光をパルス化して、周波数の変調を付加（コヒーレント検出を行う際の中間周波数ｆ_Mを付加）することで、周波数ｆ₁＋ｆ_M，ｆ₂＋ｆ_Mの送信種光を光ファイバ増幅器６に出力する。
ここで、光変調器５として、例えば、音響光学変調器（Ａｃｏｕｓｔｏ−Ｏｐｔｉｃ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ:ＡＯＭ）を用いることにより、ＣＷレーザ光を時間ゲートで切り出すことによるパルス化と、周波数シフトの付加を同時に行うことができる。
通常、中間周波数ｆ_Mは、数１０〜数１００ＭＨｚ程度の周波数であり、システムに好適な値が選定される。

光ファイバ増幅器６は、光変調器５から出力された変調後の送信種光であるレーザ光を受けると、そのレーザ光を増幅して光サーキュレータ７に出力する。
光サーキュレータ７は、光ファイバ増幅器６により増幅されたレーザ光を受けると、そのレーザ光を送受信光学系８側に通過させる。

送受信光学系８は、光サーキュレータ７を通過してきたレーザ光を大気中に出射し、大気中に存在しているエアロゾルによって散乱される上記レーザ光の散乱光を受信する。
送受信光学系８としては、出射するレーザ光を略平行光化することができ、また、焦点距離の調整が可能な望遠鏡などを用いることができる。
また、送受信光学系８としては、ファイバコリメータ等を用いてもよいが、出射するレーザ光に生じる回折を低下させて、さらに受信効率を上げるには、開口が大きいものが好適である。
なお、送受信光学系８により受信された散乱光は光ファイバと結合される。

エアロゾルは、大気の流れ（風）に従って移動しているため、散乱光はドップラーシフトを受ける。
このため、送信光である周波数ｆ₁＋ｆ_M，ｆ₂＋ｆ_Mのレーザ光が受けるドップラーシフトがｆ_d1，ｆ_d2であるとすると、散乱光の周波数はｆ₁＋ｆ_M＋ｆ_d1，ｆ₂＋ｆ_M＋ｆ_d2になる。

光サーキュレータ７は、送受信光学系８により受信された散乱光の光路を光合波カプラ９側に切り替えて、その散乱光を光合波カプラ９に伝搬させる。
光合波カプラ９は、送受信光学系８により受信された散乱光が光サーキュレータ７を通過してくると、その散乱光と光分岐カプラ４から出力された周波数ｆ₁，ｆ₂の局部発振光を混合して、その散乱光と局部発振光の混合光を光検出器１０に出力する。

光検出器１０は、光合波カプラ９から出力された混合光を受光して、その散乱光と局部発振光のビート信号を検出する。
光検出器１０が受光する混合光に含まれている散乱光は、光変調器５による周波数シフトと、エアロゾルの移動に伴うドップラーシフトを受けているため、光検出器１０により検出されるビート信号の周波数はｆ_M＋ｆ_d1，ｆ_M＋ｆ_d2になる。

信号処理装置１１は、光検出器１０がビート信号を検出すると、そのビート信号から目標に関する情報（例えば、散乱光の受信信号強度、ラウンドトリップ時間、ドップラー周波数などの情報）を抽出し、目標に関する情報から目標の運動諸元（例えば、目標までの距離、速度分布）を算出する。
目標に関する情報から目標の運動諸元を算出する処理は、公知の技術であるため詳細な説明を省略する。

この実施の形態１では、光ファイバ増幅器６として、使用するレーザ光の波長帯に見合う増幅器を使用するが、例えば、レーザ光の波長が１．０６μｍ帯であれば、Ｎｄ（Ｎｅｏｄｙｍｉｕｍ）添加ファイバや、Ｙｂ（Ｙｔｔｅｒｂｉｕｍ）添加ファイバを用いている光ファイバ増幅器を使用することができる。
また、レーザ光の波長が１．５５μｍ帯であれば、Ｅｒ（Ｅｒｂｉｕｍ）添加ファイバを用いている光ファイバ増幅を使用することができる。
これらの光ファイバ増幅器では、数ｎｍ〜数１０ｎｍ程度の利得帯域幅を有し、利得帯域内であれば、複数の波長のレーザ光を同時に増幅させることが可能である。

ここで、一定値以上の強度を有するレーザ光が光ファイバ中に入射されると、誘導ブリルアン散乱が発生する。
誘導ブリルアン散乱は、入射されたレーザ光によって発生する音響格子波により屈折率の周期的な変調が生じ、この屈折率の周期的な変調が回折格子の役割を果たすことによって、入射されたレーザ光が後方へと散乱される現象である。
誘導ブリルアン散乱が発生すると、入射されたレーザ光のパワーのうち、誘導ブリルアン散乱の発生閾値を超える部分は光ファイバの後方へと散乱されるため、光ファイバに入射可能なレーザ光のパワーが制限される。

一般的な光ファイバでは、誘導ブリルアン散乱の利得帯域幅が数１０〜１００ＭＨｚ程度であることが知られている。
このため、例えば、周波数差が１００ＭＨｚ（例えば、レーザ光の波長が１５５０ｎｍであれば、約０．８ｐｍの波長差に相当する）よりも大きい２つのレーザ光を光ファイバに入射させると、２つのレーザ光に対する誘導ブリルアン散乱の利得を異なるものとすることができるため、２つのレーザ光は、それぞれが誘導ブリルアン散乱の発生閾値となる入射パワーまで光パワーを入力することができる。

また、複数のレーザ光を入力する場合も同様に、入力する各レーザ光の周波数差をそれぞれ１００ＭＨｚよりも大きくすることで、各レーザ光に対する誘導ブリルアン散乱の利得をそれぞれ異ならせることができ、各レーザ光は、それぞれ誘導ブリルアン散乱の発生閾値となる入射パワーまで光パワーを入力することができるため、光ファイバに入射可能なレーザ光のパワーを大きくすることができる。
このように、誘導ブリルアン散乱の利得帯域幅よりも大きい周波数差を有する複数のレーザ光を用いることにより、光ファイバに入射可能なレーザ光のパワーを大きくすることが可能である。

光ファイバ増幅器では、レーザ光のパワーが増強される過程で誘導ブリルアン散乱の閾値を超えてしまう場合があり、特にパルス光の増幅を行う場合にはピーク出力が大きくなり易いために誘導ブリルアン散乱が発生し易い。このため、通常は、誘導ブリルアン散乱が発生しないように、光ファイバ増幅器に投入する励起パワーを制限するなどして、出力光パワーを調整して用いている。

この実施の形態１では、上述したように、ＣＷレーザ光源１，２により発振されるＣＷレーザ光の周波数ｆ₁，ｆ₂の差が、光ファイバで生じる誘導ブリルアン散乱の利得帯域幅より大きいため、これらのレーザ光は、それぞれの誘導ブリルアン散乱閾値ＰＳＢＳ１，ＰＳＢＳ２まで出力パルス光のピークパワーを大きくすることができる。
これにより、各レーザ光の平均出力パワー（平均出力パワーは、パルス光のピークパワーとパルス幅とパルス繰り返し周波数の積で表される）をＰＳ１，ＰＳ２とすると、光ファイバ増幅器６の出力光の平均パワーをＰＳ１＋ＰＳ２とすることができ、送信光パワーを単一の光源（例えば、ＣＷレーザ光源１又はＣＷレーザ光源２のどちらか一方のみ）を用いる場合よりも、大きくすることができる。
これにより、ＰＳ１＝ＰＳ２となる場合には、２つのＣＷレーザ光源を用いることで、送信光のパワーを２倍にすることができる。

上記のように、誘導ブリルアン散乱の利得帯域幅よりも大きい周波数差を有する複数のレーザ光源を用いることにより、送信光のパワーを単一の光源を用いる場合よりも大きくすることができるとともに、後述する受信信号の足し合わせによってＳＮ比を向上させることができるため、高感度で高精度な計測を行うことが可能となる。
また、複数のレーザ光源を用いることにより、光ファイバ増幅器６では、入力パワーが増加するため、エネルギーの抜き出し効率を向上させることができ、レーザ光増幅時のＡＳＥ（Ａｍｐｌｉｆｉｅｄ Ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ：自然放出光増幅）成分の発生を減少させることができるため、光ファイバ増幅器６の効率改善効果と、光検出器１０での雑音成分の低減効果がある。

図１のレーザレーダ装置では、送受信光学系８から大気中に出射されたレーザ光が受けるドップラーシフトｆ_d1，ｆ_d2は下記の式（１）（２）のように表される。
ｆ_d1＝２Ｖ×(ｆ₁＋ｆ_M)／ｃ （１）
ｆ_d2＝２Ｖ×(ｆ₂＋ｆ_M)／ｃ （２）
ただし、Ｖは風速（エアロゾルの移動速度）、ｃは光速（ここでは、３×１０⁸ｍ／ｓとする）である。
式（１）（２）より、周波数ｆ_d1と周波数ｆ_d2の差は、ｆ_d1−ｆ_d2＝２Ｖ×（ｆ₁−ｆ₂）／ｃとして求めることができる。

例えば、ＣＷレーザ光源１により発振されるＣＷレーザ光の波長λを１５５０ｎｍ、ＣＷレーザ光源２により発振されるＣＷレーザ光の波長λを１５４９ｎｍとすると、ＣＷレーザ光の周波数ｆはｆ＝ｃ／λにより求められ、周波数ｆ₁と周波数ｆ₂の差は約１２５ＧＨｚとなる。
これは、上述した誘導ブリルアン散乱の利得帯域幅よりも大きいという条件を満たしている。また、風速Ｖを１ｍ／ｓとすると、ドップラーシフトｆ_d1とｆ_d2の差は、約０．８ｋＨｚになる。

受信光である散乱光のスペクトル幅は、測定レンジ内の風速のばらつき等によって広がるためにレーザ光源の線幅よりも大きくなり、通常、１ＭＨｚ程度となる。
これに対して、ドップラーシフトｆ_d1とｆ_d2の差は、上述の場合に約０．８ｋＨｚとなるように、散乱光のスペクトル幅よりも十分に小さいため、光検出器１０により検出されるビート信号は、ｆ_M＋ｆ_d1とｆ _M ＋ｆ_d2の２つのスペクトル成分が重ね合わされたものになる。
ただし、これらの周波数成分は位相が揃っていないため、互いに強め合ったり、弱め合ったりすることになり、ｆ_d1，ｆ_d2の周波数成分単体での強度がＳ_fd1，Ｓ_fd2である場合、信号処理装置１１で測定されるｆ_d1とｆ_d2の成分を合わせた信号強度は√（Ｓ_fd1 ²＋Ｓ_fd2 ²）となる。
これにより、単一の光源だけを用いる場合の受信光である散乱光（Ｓ_fd1又はＳ_fd2）よりも信号強度を大きくすることができる。このため、ＳＮ比が改善され、高感度で高精度な計測を行うことが可能になる。

また、上記の例では、Ｓ_fd1＝Ｓ_fd2＝Ｓ_fdとなる場合には、信号処理装置１１で測定されるｆ_d1とｆ_d2の成分を合わせた信号強度は（√２）×Ｓ_fdとなり、このことは、２つのＣＷレーザ光源１，２を用いることで、受信光である散乱光の信号強度を√２倍にすることができるということである。
このように複数の周波数のＣＷレーザ光源を用いることによって受信光である散乱光の信号強度を大きくすることが可能になる。これにより、受信光である散乱光のＳＮ比を大きくすることができ、高感度で高精度な計測を行うことが可能になる。

また、上記の例では、風速Ｖを１ｍ／ｓとしているが、風速Ｖが大きくなると、ドップラーシフトｆ_d1とｆ_d2の差も大きくなるため、風速Ｖの値が大きくなると、ｆ_d1とｆ_d2の周波数成分の重なりが十分に取れなくなってしまうが、このような場合には、レーザ光源ｆ₁，ｆ₂の周波数差を小さくすることで、ドップラーシフトｆ_d1とｆ_d2の差を小さくすることができる。
このように、計測が必要な周波数領域や必要となる計測精度を考慮して、ＣＷレーザ光源１，２により発振されるＣＷレーザ光の周波数ｆ₁，ｆ₂を設定することにより、受信光である散乱光の周波数成分の重なりを得ることができ、受信光である散乱光の信号強度を大きくすることが可能である。

以上で明らかなように、この実施の形態１よれば、互いに異なる波長のＣＷレーザ光を発振するＣＷレーザ光源１，２と、ＣＷレーザ光源１，２により発振されたＣＷレーザ光を混合する光合波カプラ３と、光合波カプラ３により混合されたＣＷレーザ光を分岐する光分岐カプラ４と、光分岐カプラ４により分岐された一方のＣＷレーザ光を変調する光変調器５と、光変調器５により変調されたレーザ光を増幅する光ファイバ増幅器６とを設け、送受信光学系８が、光ファイバ増幅器６により増幅されたレーザ光を目標に向けて照射する一方、目標によるレーザ光の散乱光を受信するように構成したので、構成の複雑化を招くことなく、簡単な構成で高ＳＮ比の計測を実現することができる効果を奏する。

即ち、この実施の形態１によれば、１つの送受信光学系８で、２つのＣＷレーザ光源１，２に基づくレーザ光の送受信を行って、受信光である散乱光の信号強度を高めることができるため、ＣＷレーザ光源１，２の波長毎に、光検出器を用意する必要が無い。よって、装置構成を単純化することが可能となり、装置の小型化や低価格化を図ることができる効果を奏する。
また、上記の構成では、受信光である散乱光をレーザ光の波長毎に分離するための光学素子が不必要であるため、受信光に対する光学素子の損失が発生せず、高い信号強度を維持することが可能になる。

また、光検出器１０で、局部発振光と受信光である散乱光の偏波面を一致させることにより、効率がよいコヒーレント検出を行うことができるが、局部発振光と散乱光の偏波面は、図示せぬ偏波面コントローラ等を用いて一致させることができる。
さらには、各光学素子間を結合する光ファイバに偏波面保存型の光ファイバを用い、かつ、各光学素子に偏波面保存型の光学素子を用いると、偏波面コントローラ等を使用しなくとも、局部発振光と散乱光の偏波面を一致させることができ、装置構成を簡単化することができる。

実施の形態２．
上記実施の形態１では、互いに異なる波長のＣＷレーザ光を発振する２つのＣＷレーザ光源１，２を搭載しているものを示したが、光ファイバ増幅器６の利得が十分に大きく、レーザ光のパワーが光ファイバや、送信光路上の光学素子の破壊を招かない限り、レーザ光の波長数を増加させることができる。
この実施の形態２では、ｎ個のＣＷレーザ光源を搭載しているレーザレーダ装置について説明する。

図２はこの発明の実施の形態２によるレーザレーダ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。
ＣＷレーザ光源２０は周波数ｆ_nのＣＷレーザ光を発振する光源である。
図２の例では、ｎ個（ｎ＝１，２，・・・，ｎ）のＣＷレーザ光源が搭載されている。
ただし、ｎ個のＣＷレーザ光源により発振されるＣＷレーザ光の周波数ｆ₁，ｆ₂，・・・，ｆ_nは、光ファイバ増幅器６の利得帯域内にあり、かつ、各々の周波数の差（例えば、周波数ｆ₁と周波数ｆ₂の差、周波数ｆ₂と周波数ｆ₃の差、周波数ｆ_n-1と周波数ｆ_nの差）は、光ファイバで生じる誘導ブリルアン散乱の利得帯域幅より大きいものとする。

光合波カプラ３₁はＣＷレーザ光源１により発振された周波数ｆ₁のＣＷレーザ光とＣＷレーザ光源２により発振された周波数ｆ₂のＣＷレーザ光を混合する光学素子である。
光合波カプラ３_n-1は光合波カプラ３_n-2により混合されたＣＷレーザ光とＣＷレーザ光源２０により発振された周波数ｆ_nのＣＷレーザ光を混合する光学素子である。
なお、ｎ−１個の光合波カプラ３₁，・・・，３_n-1は第１の光合波器を構成している。

次に動作について説明する。
この実施の形態２では、ｎ−１個の光合波カプラ３₁，・・・，３_n-1が、第１番目の周波数ｆ₁のＣＷレーザ光に対して、第２番目〜第ｎ番目の周波数ｆ₂，・・・，ｆ_nのＣＷレーザ光を順番に混合している。
これにより、最終段の光合波カプラ３_n-1から光分岐カプラ４に出力されるＣＷレーザ光の周波数は、ｆ₁，ｆ₂，・・・，ｆ_nになる。

光分岐カプラ４以降の処理内容は、上記実施の形態１と同様であるため説明を省略するが、周波数が異なるｎ個のＣＷレーザ光を混合することで、単一のＣＷレーザ光源だけを用いる場合と比べて、光ファイバ増幅器６により増幅されるレーザ光のパワーをｎ倍（光ファイバ増幅器６での各波長に対する出力パワーが同じである場合）まで大きくすることができる。
これにより、光ファイバ増幅器６では、入力パワーが増加するため、エネルギーの抜き出し効率を向上させることができ、レーザ光増幅時のＡＳＥ成分の発生を減少させることができるため、光ファイバ増幅器６の効率改善効果と、光検出器１０での雑音成分の低減効果が得られる。

また、光検出器１０では、ｎ個のレーザ光に対するビート信号が得られ、上述したように、周波数成分単体での信号強度がＳ_fdとなる場合には、これらの成分を合わせた信号強度は（√ｎ）× Ｓ_fdとなって、信号強度が大きくなる。このため、ＳＮ比が改善され、高感度で高精度な計測を行うことが可能になる。
このようにして、使用するＣＷレーザ光源の個数を増加させることによって、信号強度を高めることが可能になる。

また、上述したように、計測が必要な周波数領域や必要となる計測精度を考慮して、レーザ光源から発振されるＣＷレーザ光の周波数ｆ₁，ｆ₂，・・・，ｆ_nを設定することにより、受信光である散乱光の周波数成分の重なりを得ることができ、散乱光の信号強度を大きくすることが可能である。
以上のように、使用するＣＷレーザ光源の個数を増加させるほど、散乱光の信号強度を高めることができ、高感度で高精度な計測を行うことができる。

実施の形態３．
図３はこの発明の実施の形態３によるレーザレーダ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。
光分岐カプラ２１はＣＷレーザ光源１により発振された周波数ｆ₁のＣＷレーザ光を２分岐して、一方のＣＷレーザ光を送信種光として光変調器２３に出力し、他方のＣＷレーザ光を局部発振光として光合波カプラ２６に出力する光学素子である。
光分岐カプラ２２はＣＷレーザ光源２により発振された周波数ｆ₂のＣＷレーザ光を２分岐して、一方のＣＷレーザ光を送信種光として光変調器２４に出力し、他方のＣＷレーザ光を局部発振光として光合波カプラ２６に出力する光学素子である。
なお、光分岐カプラ２１，２２は光分岐器を構成している。

光変調器２３は光分岐カプラ２１から出力された周波数ｆ₁の送信種光をパルス化して、周波数の変調を付加（コヒーレント検出を行う際の中間周波数ｆ_M1を付加）することで、周波数ｆ₁＋ｆ_M1の送信種光を光合波カプラ２５に出力する処理を実施する。
光変調器２４は光分岐カプラ２２から出力された周波数ｆ₂の送信種光をパルス化して、周波数の変調を付加（コヒーレント検出を行う際の中間周波数ｆ_M2を付加）することで、送信種光を光合波カプラ２５に出力する処理を実施する。

光合波カプラ２５は光変調器２３により変調された周波数ｆ₁＋ｆ_M1の送信種光と光変調器２４により変調された周波数ｆ₂＋ｆ_M2の送信種光を混合し、混合後の送信種光（周波数ｆ₁＋ｆ_M1，ｆ₂＋ｆ_M2の送信種光）を光ファイバ増幅器６に出力する光学素子である。なお、光合波カプラ２５は第１の光合波器を構成している。
光合波カプラ２６は光分岐カプラ２１から出力された周波数ｆ₁の局部発振光と光分岐カプラ２２から出力された周波数ｆ₂の局部発振光を混合し、混合後の局部発振光（周波数ｆ₁，ｆ₂の局部発振光）を光合波カプラ２７に出力する光学素子である。なお、光合波カプラ２６は第２の光合波器を構成している。
光合波カプラ２７は送受信光学系８により受信されて光サーキュレータ７を通過してきた散乱光と光合波カプラ２６から出力された局部発振光を混合して、その散乱光と局部発振光の混合光を出力する光学素子である。なお、光合波カプラ２７は第３の光合波器を構成している。

次に動作について説明する。
ＣＷレーザ光源１は、上記実施の形態１と同様に、周波数ｆ₁のＣＷレーザ光を発振する。このＣＷレーザ光は光ファイバに結合されて光分岐カプラ２１に伝搬される。
ＣＷレーザ光源２は、上記実施の形態１と同様に、周波数ｆ₂のＣＷレーザ光を発振する。このＣＷレーザ光は光ファイバに結合されて光分岐カプラ２２に伝搬される。

光分岐カプラ２１は、ＣＷレーザ光源１から周波数ｆ₁のＣＷレーザ光を受けると、そのＣＷレーザ光を２分岐して、一方のＣＷレーザ光を送信種光として光変調器２３に出力し、他方のＣＷレーザ光を局部発振光として光合波カプラ２６に出力する。
また、光分岐カプラ２２は、ＣＷレーザ光源２から周波数ｆ₂のＣＷレーザ光を受けると、そのＣＷレーザ光を２分岐して、一方のＣＷレーザ光を送信種光として光変調器２４に出力し、他方のＣＷレーザ光を局部発振光として光合波カプラ２６に出力する。

光変調器２３は、光分岐カプラ２１から周波数ｆ₁の送信種光を受けると、その送信種光をパルス化して、周波数の変調を付加（コヒーレント検出を行う際の中間周波数ｆ_M1を付加）することで、周波数ｆ₁＋ｆ_M1の送信種光を光合波カプラ２５に出力する。
また、光変調器２４は、光分岐カプラ２２から周波数ｆ₂の送信種光を受けると、その送信種光をパルス化して、周波数の変調を付加（コヒーレント検出を行う際の中間周波数ｆ_M2を付加）することで、周波数ｆ₂＋ｆ_M2の送信種光を光合波カプラ２５に出力する。
光変調器２３，２４としては、図１の光変調器５と同様に、例えば、音響光学変調器を用いることにより、ＣＷレーザ光を時間ゲートで切り出すことによるパルス化と、周波数シフトの付加を同時に行うことができる。

ただし、光変調器２３による周波数の変調ｆ_M1と、光変調器２４による周波数の変調ｆ_M2とは異なる値に設定されている。
また、（ｆ_M1＋ｆ_d1）＜（ｆ_M2＋ｆ_d2）、または、（ｆ_M1＋ｆ_d1）＞（ｆ_M2＋ｆ_d2）の条件が成立するように設定されている。
これにより、後段の信号処理装置１１では、光検出器１０により検出されるビート信号の２つの周波数成分（ｆ_M1＋ｆ_d1，ｆ_M2＋ｆ_d2）を識別することができるため、各周波数成分の信号強度を個別に計測することが可能になる。
例えば、ｆ_M1＝５０ＭＨｚ、ｆ_M2＝１００ＭＨｚ、ｆ_d1＝ｆ_d2＝１０ＭＨｚとすると、（ｆ_M1＋ｆ_d1＝６０ＭＨｚ）＜（ｆ_M2＋ｆ_d2＝１１０ＭＨｚ）となることから、周波数が小さい信号がＣＷレーザ光源１により発振されたレーザ光に対応する散乱光であり、周波数が大きい信号がＣＷレーザ光源２により発振されたレーザ光に対応する散乱光であると判別することができる。

光合波カプラ２５は、光変調器２３により変調された周波数ｆ₁＋ｆ_M1の送信種光と光変調器２４により変調された周波数ｆ₂＋ｆ_M2の送信種光を混合し、混合後の送信種光（周波数ｆ₁＋ｆ_M1，ｆ₂＋ｆ_M2の送信種光）を光ファイバ増幅器６に出力する。
光ファイバ増幅器６は、光合波カプラ２５から周波数ｆ₁＋ｆ_M1，ｆ₂＋ｆ_M2の送信種光であるレーザ光を受けると、上記実施の形態１と同様に、そのレーザ光を増幅して光サーキュレータ７に出力する。
光サーキュレータ７は、光ファイバ増幅器６により増幅されたレーザ光を受けると、上記実施の形態１と同様に、そのレーザ光を送受信光学系８側に通過させる。

送受信光学系８は、上記実施の形態１と同様に、光サーキュレータ７を通過してきたレーザ光を大気中に出射し、大気中に存在しているエアロゾルによって散乱される上記レーザ光の散乱光を受信する。
光サーキュレータ７は、送受信光学系８により受信された散乱光の光路を光合波カプラ２７側に切り替えて、その散乱光を光合波カプラ２７に伝搬させる。

光合波カプラ２６は、光分岐カプラ２１から周波数ｆ₁の局部発振光を受け、光分岐カプラ２２から周波数ｆ₂の局部発振光を受けると、その周波数ｆ₁の局部発振光と周波数ｆ₂の局部発振光を混合し、混合後の局部発振光（周波数ｆ₁，ｆ₂の局部発振光）を光合波カプラ２７に出力する。
光合波カプラ２７は、送受信光学系８により受信された散乱光が光サーキュレータ７を通過してくると、その散乱光と光合波カプラ２６から出力された周波数ｆ₁，ｆ₂の局部発振光を混合して、その散乱光と局部発振光の混合光を光検出器１０に出力する。

光検出器１０は、上記実施の形態１と同様に、光合波カプラ２７から出力された混合光を受光して、その散乱光と局部発振光のビート信号を検出する。
光検出器１０が受光する混合光に含まれている散乱光は、光変調器２３，２４による周波数シフトと、エアロゾルの移動に伴うドップラーシフトを受けているため、光検出器１０により検出されるビート信号の周波数はｆ_M1＋ｆ_d1，ｆ_M2＋ｆ_d2になる。

信号処理装置１１は、光検出器１０がビート信号を検出すると、上記実施の形態１と同様に、そのビート信号から目標に関する情報（例えば、散乱光の受信信号強度、ラウンドトリップ時間、ドップラー周波数などの情報）を抽出し、目標に関する情報から目標の運動諸元（例えば、目標までの距離、速度分布）を算出する。
なお、信号処理装置１１では、ＣＷレーザ光源１により発振されたレーザ光に対応するドップラーシフトｆ_d1と、ＣＷレーザ光源２により発振されたレーザ光に対応するドップラーシフトｆ_d2とを個別に計測することができるため、これらの計測値を積算処理することによりＳＮ比が改善され、高感度で高精度な計測を行うことが可能になる。

上述したように、ドップラーシフトは、風速Ｖと送信するレーザ光の周波数に依存して変化するため、レーザ光の周波数ｆ₁と周波数ｆ₂を異なる値に設定するだけでも、ドップラーシフトｆ_d1とドップラーシフトｆ_d2が異なる値になるが、光変調器２３，２４が異なる周波数シフトを付加することにより、ドップラーシフトｆ_d1とドップラーシフトｆ_d2の差が小さい場合でも、容易に散乱光の周波数に差を付けることができる。そのため、信号処理装置１１では、周波数成分の違いで、２つの散乱光の識別を行うことが可能になる。

なお、この実施の形態３では、ＣＷレーザ光源１，２により発振されるＣＷレーザ光の周波数ｆ₁，ｆ₂の差が誘導ブリルアン散乱の利得帯域幅より大きければよく、上記実施の形態１，２のように、周波数ｆ₁と周波数ｆ₂の成分の重なりを考慮する必要がない。
このため、ＣＷレーザ光源１，２の波長差を大きくすることができ、使用する機器の自由度を増すことができる。

また、光変調器２３，２４では、図示せぬ信号発生器等を用いて、レーザ光のパルス化タイミングを同期させるようにしてもよい。
これにより、光合波カプラ２５によって混合されるパルスレーザ光の立ち上がり時間を一致させることができ、各周波数の送信光の出射タイミングを一致させることができるため、信号処理装置１１における送信光ラウンドトリップ時間の計測等の処理を簡単化することができる。

この実施の形態３では、２つのＣＷレーザ光源１，２を搭載しているものを示したが、上記実施の形態２のように、ｎ個のＣＷレーザ光源を搭載するようにしてもよい。
この場合、ＣＷレーザ光原毎に、ＣＷレーザ光を２分岐する光分岐カプラと、異なる周波数シフトを与える光変調器とを設けるとともに、複数の光変調器による変調後の送信種光を順番に混合していく光合波カプラと、光分岐カプラにより分岐された局部発振光を順番に混合していく光合波カプラとを設ければよい。
このとき、上述したように、各光変調器による周波数シフトを異なる値に設定することにより、信号処理装置１１では、各レーザ光に対するドップラーシフトを個別に計測することができ、これらの計測値を積算処理することによりＳＮ比が改善され、高感度で高精度な計測を行うことが可能になる。
この場合も、使用するＣＷレーザ光源の個数を増加させるほど、受信光である散乱光を増加させることができるため、積算処理によるＳＮ比の改善効果が大きくなる。

実施の形態４．
上記実施の形態２では、ｎ個のＣＷレーザ光源を搭載することで、ｎ個の周波数ｆ₁，ｆ₂，・・・，ｆ_nのＣＷレーザ光を発振するものを示したが、ｎ個の周波数ｆ₁，ｆ₂，・・・，ｆ_nのＣＷレーザ光を発振することが可能なＣＷレーザ光源を１個だけ搭載するようにしてもよい。

図４はこの発明の実施の形態４によるレーザレーダ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。
ＣＷレーザ光源３０はｎ個の周波数ｆ₁，ｆ₂，・・・，ｆ_nのＣＷレーザ光を発振する光源である。
ただし、ＣＷレーザ光源３０により発振されるＣＷレーザ光の周波数ｆ₁，ｆ₂，・・・，ｆ_nはそれぞれ異なっており、各周波数ｆ₁，ｆ₂，・・・，ｆ_nの差が光ファイバで生じる誘導ブリルアン散乱の利得帯域幅より大きいものとする。

このように、ｎ個の周波数ｆ₁，ｆ₂，・・・，ｆ_nのＣＷレーザ光を発振するＣＷレーザ光源３０を搭載することで、光合波カプラ３₁，・・・，３_n-1が不要になる。
したがって、上記実施の形態２と同様の効果を得ながら、構成部品点数を削減して、装置構成を単純化することが可能になり、装置の小型化や低価格化を図ることができる効果を奏する。

なお、ｎ個の周波数ｆ₁，ｆ₂，・・・，ｆ_nのＣＷレーザ光を発振するＣＷレーザ光源３０を搭載する構成は、図３のレーザレーダ装置に適用するようにしてもよい。
この場合も、複数のＣＷレーザ光源を搭載する場合と同様の効果を得ながら、構成部品点数を削減して、装置構成を単純化することが可能になり、装置の小型化や低価格化を図ることができる。

実施の形態５．
図５はこの発明の実施の形態５によるレーザレーダ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。
空間型光増幅器４１は光ファイバ増幅器６により増幅されたレーザ光を更に増幅するレーザ光増幅器である。
送受信光分離器４２は空間型光増幅器４１により増幅されたレーザ光を送受信光学系４３側に通過させる一方、そのレーザ光と逆向きに伝搬するレーザ光（送受信光学系４３により受信された散乱光）の光路を光合波カプラ９側に切り替えて、そのレーザ光を光合波カプラ９に伝搬させる光学素子である。
送受信光学系４３は送受信光分離器４２を通過してきたレーザ光を目標（例えば、大気、大気中の微粒子やエアロゾル、飛翔体、建築物など）に向けて照射する一方、目標による上記レーザ光の散乱光を受信する処理を実施する。

空間型光増幅器４１が光ファイバ増幅器６の後段に設けられ、光サーキュレータ７の代わりに送受信光分離器４２が搭載され、送受信光学系８の代わりに送受信光学系４３が搭載されている点以外は、上記実施の形態１と同様である。
なお、空間型光増幅器４１から送受信光学系４３までのレーザ光の伝搬経路は空間である。

空間型光増幅器４１は、例えば、ロッド型、スラブ型、ディスク型、平面導波路型等の固体レーザ媒質と、励起光源により構成されている。
固体レーザ媒質には、例えば、結晶、セラミック、ガラス等の母材に、Ｎｄ、Ｙｂ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｈｏ等のイオンが添加されている材料を使用することができるが、レーザ光の波長帯域に利得を持つ材料を用いる。
また、励起光源には、上記レーザ媒質に吸収されて利得を発生させる波長のレーザ光を出力するＬＤ等を使用する。
平面導波路型構造の固体レーザ媒質を用いると、レーザ光のパワー密度を大きくできるため、効率が良い増幅を行うことができる。また、導波路の導波モードによって出力光の空間伝搬モードを劣化させることなく増幅を行うことができる。

空間型光増幅器４１では、レンズ等の光学素子を用いて、光ファイバ増幅器６により増幅されたレーザ光を略平行光化し、また、固体レーザ媒質の形状に合わせてビーム径を調整するなどしてレーザ光を入力して増幅を行う。
空間型光増幅器４１から出力されるレーザ光は、上記のように、レンズ等の光学素子により略平行光化されているため、略平行光の送信光として出力される。

ここで、空間型光増幅器４１は、固体レーザ媒質を用いているため、パワー密度に制限を受けずに増幅を行うことができ、任意のパワーに増幅を行うことが可能である。
また、固体レーザ媒質では、利得帯域内であれば、複数の波長のレーザ光を同時に増幅することも可能である。

送受信光分離器４２は、空間型光増幅器４１からレーザ光を受けると、そのレーザ光を送受信光学系４３側に通過させる。
また、送受信光分離器４２は、送受信光学系４３により受信された散乱光については、レーザ光の送信光路から分離し、レンズ等の光学素子を介して、その散乱光を光ファイバと結合させることで光分波カプラ９側に伝搬させる。
送信光路と受信光路の分離は、例えば、偏光子と１／４波長板を組み合わせることで実現することができる。また、空間型の光サーキュレータを用いることもできる。

送受信光学系４３は、略平行光化されたレーザ光のビーム径を拡大して大気中に照射し、エアロゾルによって散乱されるレーザ光を受信する。
送受信光学系４３は、エアロゾルによるレーザ光の散乱光を受信すると、その散乱光を略平行光化して、送信光であるレーザ光と逆方向に伝搬することで、送受信光分離器４２に出力する。この散乱光は、送受信光分離器４２によって光ファイバと結合される。
送受信光学系４３では、出射するレーザ光を略平行光化することができるとともに、焦点距離を調整することが可能な望遠鏡などを用いることができるが、出射するレーザ光に生じる回折を低下させて、さらに受信効率を上げるには、開口が大きいものが好適である。

この実施の形態５でも、上記実施の形態１と同様に、単一のＣＷレーザ光源だけを用いる場合と比べて、光ファイバ増幅器６により増幅されるレーザ光のパワーを２倍にまで大きくすることができ、これを空間型光増幅器４１により更にレーザ光のパワーを増加させることができるため、送信光パワーをより大きくすることができる。
また、光ファイバ増幅器６により増幅されるレーザ光のパワーを大きくすることにより、空間型光増幅器４１では、入力するレーザ光のパワーの増加により、飽和増幅に近い動作を行うことができ、効率が良い増幅を行うことが可能になる。さらに、入力するレーザ光パワーの増加によって、増幅器内のエネルギーの抜き出し効率を向上させることができるため、レーザ光増幅時のＡＳＥ成分の発生を減少させることができ、効率が良い増幅を行うことができるようになる。
したがって、これまで光ファイバ増幅器６の出力パワーが誘導ブリルアン散乱によって制限されることにより生じていたレーザ光のパワーの不足を補うことができる。

また、この実施の形態５では、空間型光増幅器４１によりレーザ光のパワーを増加させることができるため、受信光である散乱光の強度を大きくすることができるようになり、各送信光に対する散乱光の信号強度が大きくなる。
さらに、これらの散乱光は、上述したように、重ね合わさって計測されるため、信号強度を大きくすることができて、ＳＮ比が改善され、高感度で高精度な計測を行うことが可能になる。

この実施の形態５では、空間型光増幅器４１及び送受信光分離器４２を搭載する構成を上記実施の形態１のレーザレーダ装置に適用するものを示したが、これに限るものではなく、上記実施の形態２〜４のレーザレーダ装置に適用するようにしてもよい。
多数の波長のレーザ光を送信するレーザレーダ装置に適用する場合、送信するレーザ光の波長が多いために光ファイバ増幅器６の出力パワーがより大きくなることから、空間型光増幅器４１では、より飽和増幅に近い効率の良い増幅を行うことが可能になる。これにより、レーザ光のパワーをさらに増すことができるため、受信光である散乱光の信号強度が大きくなり、高感度で高精度な計測を行うことが可能になる。

また、光ファイバ増幅器６と空間型光増幅器４１の間に、光ファイバ増幅器又は空間型光増幅器の少なくとも一方を更に搭載してもよい。また、それらの増幅器を複数個組み合わせて用いてもよい。
この場合にも、最終段の空間型光増幅器４１に入力するレーザ光のパワーをより大きくできることから、最終段の空間型光増幅器４１では、より飽和増幅に近い効率の良い増幅を行うことが可能になる。これにより、レーザ光のパワーをさらに増すことができるため、受信光である散乱光の信号強度を大きくすることができるため、高感度で高精度な計測を行うことが可能になる。

実施の形態６．
図６はこの発明の実施の形態６によるレーザレーダ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。
図６のレーザレーダ装置は、レーザパルス光を大気中に照射してエアロゾル（大気中を浮遊する塵などの粒子）からの散乱光を受信し、散乱光のドップラーシフトを検出することによって風速の計測を行うコヒーレントドップラーライダ装置であるものとする。

ＣＷレーザ光源５１は制御器５３の制御の下で、周波数ｆ₁〜ｆ₁’のＣＷレーザ光を発振する光源である。
ＣＷレーザ光源５２は制御器５３の制御の下で、周波数ｆ₂〜ｆ₂’のＣＷレーザ光を発振する光源である。
なお、ＣＷレーザ光源５１，５２は、ＣＷレーザ光の発振波長を変えることが可能な光源であるが、ＣＷレーザ光源５１，５２として、例えば、ＤＦＢ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｆｅｅｄ−Ｂａｃｋ）ファイバレーザや、半導体レーザであるＤＦＢ-ＬＤ（Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ）を用いる場合には、素子の温度や駆動電流値を変化させることで、発振波長を変化させることができる。

制御器５３は信号処理装置１１により抽出された目標に関する情報（例えば、散乱光の受信信号強度、ラウンドトリップ時間、ドップラー周波数などの情報）にしたがってＣＷレーザ光源５１，５２の動作状態を制御することで、ＣＷレーザ光源５１，５２により発振されるＣＷレーザ光の波長を制御する処理を実施する。
また、制御器５３はＣＷレーザ光源５１，５２の動作状態として、ＣＷレーザ光源５１，５２の駆動／停止を行うこともできる。

次に動作について説明する。
ただし、ＣＷレーザ光源５１，５２及び制御器５３以外は、上記実施の形態１と同様であるため、ＣＷレーザ光源５１，５２及び制御器５３の動作だけを説明する。
ここでは、説明の便宜上、通常の動作状態として、ＣＷレーザ光源５１は、発振周波数ｆ₁のＣＷレーザ光を発振し、ＣＷレーザ光源５２は、周波数ｆ₂のＣＷレーザ光を発振しているものとする。
ただし、ＣＷレーザ光源５１，５２により発振されるＣＷレーザ光の周波数ｆ₁，ｆ₂は、光ファイバ増幅器６の利得帯域内にあり、かつ、周波数ｆ₁と周波数ｆ₂の差が、光ファイバで生じる誘導ブリルアン散乱の利得帯域幅より大きいものとする。

このため、制御器５３によって、ＣＷレーザ光源５１により発振されるＣＷレーザ光の周波数がｆ₁で、ＣＷレーザ光源５２により発振されるＣＷレーザ光の周波数がｆ₂であるように制御されていれば、上記実施の形態１と同様の構成となり、上記実施の形態１と同様の効果が得られる。
したがって、この動作状態では、送受信光学系８から大気中に出射されたレーザ光が受けるドップラーシフトｆ_d1，ｆ_d2は、上述したように、式（１）（２）で表され、ドップラーシフトｆ_d1とドップラーシフトｆ_d2の差は、ｆ_d1−ｆ_d2＝２Ｖ×（ｆ₁−ｆ₂）／ｃとなる。

よって、ドップラーシフトの差（ｆ_d1−ｆ_d2）は、ＣＷレーザ光の周波数の差（ｆ₁−ｆ₂）及び風速Ｖの大きさに比例する。
上記実施の形態１では、風速Ｖの値が大きい場合、周波数ｆ₁と周波数ｆ₂の差が小さいＣＷレーザ光源１，２を用いることで、ドップラーシフトｆ_d1とドップラーシフトｆ_d2の差を小さくして、ｆ_d1とｆ_d2の周波数成分の重なりを大きくすることができるため、受信信号の周波数成分の重なりを得ることができ、受信信号の強度を大きくすることが可能であることを説明している。

ただし、コヒーレントドップラーライダ装置では、受信信号のスペクトル幅を精度よく測定することが必要とされる場合がある。例えば、スペクトル幅の広がりから測定レンジ内の風速のばらつきの大きさを評価する場合である。
このような場合、上記のように、波長が異なる２つのＣＷレーザ光源１，２を用いる構成では、各波長に対する受信信号の周波数成分が重なりを持つようになるため、受信信号のスペクトル幅が広がってしまって、スペクトル幅についての計測精度が低下する。
また、風速Ｖの大きさによって、受信信号の周波数成分の重なりが変化するため、スペクトル幅が変動するなどの問題が生じる。

そこで、この実施の形態６では、図６に示すように、制御器５３が、信号処理装置１１により抽出された目標に関する情報から受信信号のスペクトル幅を認識し、そのスペクトル幅が狭くなるように、ＣＷレーザ光源５１，５２の動作状態を制御することで、ＣＷレーザ光源５１，５２により発振されるＣＷレーザ光の波長を制御するように構成している。
例えば、受信信号のスペクトル幅が所定の幅より広い場合、制御器５３が、ＣＷレーザ光源５１により発振されるＣＷレーザ光の周波数と、ＣＷレーザ光源５２により発振されるＣＷレーザ光の周波数との差が大きくなるように、ＣＷレーザ光源５１により発振されるＣＷレーザ光の周波数をｆ₁からｆ₁’に変化させて、ＣＷレーザ光源５１に基づく受信信号とＣＷレーザ光源５２に基づく受信信号との重なりを無くすようにする。これにより、各ＣＷレーザ光に対する受信信号のスペクトル形状を個別に評価することができるようになる。
この場合、各ＣＷレーザ光に対する受信信号の重なりによるスペクトル幅の広がりが無いため、各ＣＷレーザ光に対する受信信号のスペクトル幅の計測精度の低下を防ぐことができる。また、各ＣＷレーザ光に対する受信信号のスペクトル幅をそれぞれ個別に評価し、データの平均化処理又は積算処理などを行うことにより、計測精度を更に良くすることができる。

また、片方のＣＷレーザ光源（例えば、ＣＷレーザ光源５１）の発振周波数を制御するだけでは、受信信号の重なりを防ぐことができない場合には、ＣＷレーザ光源５１とＣＷレーザ光源５２の発振周波数を同時に制御するようにしてもよい。また、片方のＣＷレーザ光源の動作を停止させるようにしてもよい。
片方のＣＷレーザ光源の動作を停止させる場合、通常の１つのＣＷレーザ光源だけを用いたコヒーレントドップラーライダ装置と同様のスペクトル幅の計測精度が得られる。

なお、ＣＷレーザ光源５１，５２の発振周波数の変化量や、ＣＷレーザ光源５１，５２の停止などの動作状態については、信号処理装置１１が、受信信号のスペクトル形状を評価して判断するようにすればよい。

また、図６の構成では、計測距離を大きくしたい場合、上記実施の形態１の場合と同様に、誘導ブリルアン散乱の利得帯域幅より大きい範囲で、２つのＣＷレーザ光源５１，５２の発振周波数の差をできるだけ小さくすることにより、各ＣＷレーザ光源に対する受信信号の周波数成分の重なりを大きくすることができるため、受信信号の強度を高めて、計測距離を大きくすることができる。
また、風速が大きい場合にも、ＣＷレーザ光源５１，５２の発振周波数の差を調整することができるため、受信信号の周波数成分の重なりを大きくすることができ、受信信号の強度を高めることができる。

以上で明らかなように、この実施の形態６によれば、制御器５３が、信号処理装置１１により抽出された目標に関する情報にしたがってＣＷレーザ光源５１，５２により発振されるＣＷレーザ光の波長を制御するように構成したので、受信信号の強度を高めて、計測精度を向上させることができる効果を奏する。

この実施の形態６では、２個のＣＷレーザ光源が実装されているレーザレーダ装置に制御器５３を搭載して、ＣＷレーザ光源５１，５２により発振されるＣＷレーザ光の波長を制御するものを示したが、図２に示すように、ｎ個のＣＷレーザ光源が実装されているレーザレーダ装置に制御器５３を搭載して、ｎ個のＣＷレーザ光源により発振されるＣＷレーザ光の波長を制御するようにしてもよい。
また、図５に示すように、空間型光増幅器４１及び送受信光分離器４２が実装されているレーザレーダ装置に制御器５３を搭載して、そのレーザレーダ装置に実装されているＣＷレーザ光源の発振波長を制御するようにしてもよい。

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。

１，２，２０，３０ ＣＷレーザ光源、３，３₁〜３_n-1 光合波カプラ（第１の光合波器）、４ 光分岐カプラ（光分岐器）、５ 光変調器、６ 光ファイバ増幅器、７ 光サーキュレータ、８ 送受信光学系、９ 光合波カプラ（第２の光合波器）、１０ 光検出器、１１ 信号処理装置（情報抽出器）、２１，２２ 光分岐カプラ（光分岐器）、２３，２４ 光変調器、２５ 光合波カプラ（第１の光合波器）、２６ 光合波カプラ（第２の光合波器）、２７ 光合波カプラ（第３の光合波器）、４１ 空間型光増幅器（レーザ光増幅器）、４２ 送受信光分離器、４３ 送受信光学系、５１，５２ ＣＷレーザ光源、５３ 制御器。

Claims (9)

1. 波長が異なる複数のＣＷレーザ光を発振するＣＷレーザ光源と、上記ＣＷレーザ光源により発振されたＣＷレーザ光を分岐する光分岐器と、上記光分岐器により分岐された一方のＣＷレーザ光を変調する光変調器と、上記光変調器により変調されたレーザ光を増幅する光ファイバ増幅器と、上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する一方、上記目標による上記レーザ光の散乱光を受信する送受信光学系と、上記送受信光学系により受信された散乱光と上記光分岐器により分岐された他方のＣＷレーザ光を混合して、上記散乱光と上記ＣＷレーザ光の混合光を出力する光合波器と、上記光合波器から出力された混合光を受光して、上記散乱光と上記ＣＷレーザ光のビート信号を検出する光検出器と、上記光検出器により検出されたビート信号から上記目標に関する情報を抽出する情報抽出器とを備え、装置内の光の伝搬光路が光ファイバにより構成され、上記光検出器で検出される上記ビート信号は、上記波長が異なる複数のＣＷレーザ光によるビート信号のスペクトル成分が重ね合わされていることを特徴とするレーザレーダ装置。
2. 上記ＣＷレーザ光源は互いに異なる波長のＣＷレーザ光を発振する複数のＣＷレーザ光源であり、上記複数のＣＷレーザ光源により発振されたＣＷレーザ光を混合する光合波器をさらに備えたことを特徴とする請求項１記載のレーザレーダ装置。
3. 上記光ファイバ増幅器により増幅されたレーザ光を更に増幅するレーザ光増幅器と、上記レーザ光増幅器により増幅されたレーザ光を送受信光学系側に通過させる一方、上記送受信光学系により受信された散乱光を上記光合波器に伝搬させる送受信光分離器とを備えたことを特徴とする請求項１記載のレーザレーダ装置。
4. 上記レーザ光増幅器は、空間型の固体レーザ増幅器であることを特徴とする請求項３記載のレーザレーダ装置。
5. 上記レーザ光増幅器は、平面導波路型構造を有する固体レーザ増幅器であることを特徴とする請求項３記載のレーザレーダ装置。
6. 上記複数のＣＷレーザ光の波長差が、上記光ファイバで生じる誘導ブリルアン散乱の利得帯域幅よりも大きいことを特徴とする請求項１記載のレーザレーダ装置。
7. 上記複数のＣＷレーザ光の周波数差が１００ＭＨｚ以上であることを特徴とする請求項６記載のレーザレーダ装置。
8. 上記情報抽出器により抽出された目標に関する情報にしたがって上記ＣＷレーザ光源により発振されるＣＷレーザ光の波長を制御する制御器を備えたことを特徴とする請求項１記載のレーザレーダ装置。
9. 上記ＣＷレーザ光源は、半導体レーザで構成されていることを特徴とする請求項８記載のレーザレーダ装置。

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