JP6541925B1 - Optical space communication device - Google Patents
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Abstract
信号処理部(101e)は、初期捕捉が完了すると、光可変アッテネータ(10−4)および制御信号生成部(10−5)を制御して初期捕捉用光の光パワーを減衰させる。 When the initial capture is completed, the signal processing unit (101e) controls the light variable attenuator (10-4) and the control signal generation unit (10-5) to attenuate the optical power of the initial capture light.
Description
この発明は、空間にレーザ光を伝播させて通信を行う光空間通信装置に関する。 The present invention relates to an optical space communication apparatus for communicating by propagating laser light to space.
光空間通信では、到来波の伝播方向を検出して到来波を捕捉することで、送信光の指向角度を制御する必要がある。
例えば、特許文献1に記載される光空間通信装置では、初期捕捉用の光ビームと通信用の光ビームとを空間合波し、初期捕捉用の光ビームのビーム拡がり角を通信用の光ビームよりも大きくしている。これにより、通信相手の初期捕捉の確実性を高めている。In optical space communication, it is necessary to control the directivity angle of transmission light by detecting the propagation direction of an incoming wave and capturing the incoming wave.
For example, in the optical space communication apparatus described in
しかしながら、特許文献1に記載される光空間通信装置では、通信が確立して初期捕捉が完了しても、初期捕捉用の光ビームを初期捕捉時と同じ光パワーで出射し続ける必要があり、初期捕捉と光通信の効率が悪いという課題があった。
However, in the optical space communication apparatus described in
この発明は上記課題を解決するものであり、効率よく、安定した初期捕捉および光通信を実現することができる光空間通信装置を得ることを目的とする。 This invention solves the said subject, and it aims at obtaining the optical space communication apparatus which can implement | achieve an efficient and stable initial capture and optical communication.
この発明に係る光空間通信装置は、第1の光源部、第2の光源部、捕捉用光変換部、合波部、光増幅器および信号処理部を備えている。第1の光源部は、単一波長でかつ連続波である初期捕捉用光を出力する。第2の光源部は、初期捕捉用光とは異なる波長でかつ連続波である通信用光を出力する。捕捉用光変換部は、初期捕捉用光をパルス光に変換し、初期捕捉用光の光パワーを調整する。合波部は、初期捕捉用光と通信用光とを合波する。光増幅器は、合波部によって合波された光を増幅して送信光として出力する。信号処理部は、初期捕捉が完了すると、捕捉用光変換部を制御して初期捕捉用光の光パワーを減衰させる。 An optical space communication apparatus according to the present invention includes a first light source unit, a second light source unit, an optical conversion unit for capture, a multiplexing unit, an optical amplifier, and a signal processing unit. The first light source unit outputs an initial capturing light which is a single wavelength and a continuous wave. The second light source unit outputs communication light having a wavelength different from that of the initial capture light and being a continuous wave. The capture light conversion unit converts the initial capture light into pulsed light, and adjusts the light power of the initial capture light. The combining unit combines the light for initial capture and the light for communication. The optical amplifier amplifies the light multiplexed by the multiplexer and outputs the amplified light as transmission light. When the initial capture is completed, the signal processing unit controls the capture light conversion unit to attenuate the light power of the initial capture light.
この発明によれば、初期捕捉が完了するまでは初期捕捉用光の光パワーを維持し、初期捕捉が完了した後は、初期捕捉用光の光パワーを減衰させて、送信光における通信用光の光パワーを相対的に増加させる。これにより、初期捕捉が完了するまでに必要な光パワーと光通信に必要な光パワーの両方を確保できるので、効率よく、安定した初期捕捉および光通信を実現することができる。 According to the present invention, the optical power of the initial capture light is maintained until the initial capture is completed, and after the initial capture is completed, the optical power of the initial capture light is attenuated to transmit the communication light in the transmission light Relatively increase the light power of As a result, it is possible to secure both the optical power necessary for the completion of the initial acquisition and the optical power necessary for the optical communication, so that it is possible to realize the efficient initial acquisition and the optical communication stably.
以下、この発明をより詳細に説明するため、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に係る光空間通信装置100の構成を示すブロック図である。光空間通信装置100は、空間にレーザ光を伝播させて通信を行う光通信装置であり、光送信部101、光受信部102、波長分離フィルタ103、アダプティブミラー104、光アンテナ105、ビーム分離部106、指向角度検出部107および制御信号生成部108を備える。光送信部101は、初期捕捉用ユニット101a、光通信用ユニット101b、WDM(Wavelength Division Multiplexing)カプラ101c、光増幅器101dおよび信号処理部101eを備える。Hereinafter, in order to explain the present invention in more detail, embodiments for carrying out the present invention will be described according to the attached drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an optical
光送信部101から出力された送信光は、波長分離フィルタ103によって送信光路に分離され、アダプティブミラー104を通ってから、光アンテナ105によって送信光として空間へ出力される。光アンテナ105によって受信された受信光は、アダプティブミラー104を通ってから、波長分離フィルタ103によって送信光と分離されて受信光路に出力される。
The transmission light output from the
ビーム分離部106は、波長分離フィルタ103によって受信光路に出力された受信光を、光受信部102と指向角度検出部107に出力する。光受信部102は、通信相手の光空間通信装置100からのデータを、受信光から抽出する。
指向角度検出部107は、受信光の指向角度(到来角度)を検出する構成要素であり、例えば、4象限PD(フォトダイオード)で実現される。The
The directivity
指向角度検出部107によって検出された指向角度は、制御信号生成部108に出力される。制御信号生成部108は、指向角度検出部107から入力した指向角度が一定値になる制御信号を生成してアダプティブミラー104にフィードバックする。
アダプティブミラー104は、制御信号生成部108から入力した制御信号に従って、指向角度を制御する指向角度制御部として機能する。
例えば、駆動機構を用いてアダプティブミラー104の角度が変更されると、指向角度が変更される。The directivity angle detected by the directivity
The
For example, when the angle of the
初期捕捉期間において、アダプティブミラー104は、受信光の指向角度と上記一定値との誤差が閾値内になるまで、送信光である初期捕捉用光の指向角度を制御する。
通信相手の光空間通信装置100においても、アダプティブミラーが、上記と同様に、初期捕捉用光の指向角度を制御する。これにより、光空間通信装置100,100間で、初期捕捉と、これに続く光通信の確立とが行われる。In the initial capture period, the
Also in the optical
光送信部101における初期捕捉用ユニット101aは、初期捕捉用光を出力する第1の光源部である。
初期捕捉用ユニット101aは、送信光源10−1、光強度変調器10−2、パルス信号発生器10−3、光可変アッテネータ10−4および制御信号生成部10−5を備えている。送信光源10−1は、初期捕捉用光として、単一波長、連続発振かつ定偏光であるレーザ光を発生する。The
The
光強度変調器10−2は、パルス信号発生器10−3によって発生されたパルス信号に基づいて、送信光源10−1から出力された光をパルス光に変換する。
信号処理部101eは、パルス信号発生器10−3によるパルス信号生成を制御する。例えば、信号処理部101eは、パルス信号発生器10−3に指示してパルス信号の生成を停止させることで、パルス光の初期捕捉用光を連続波に戻す。The light intensity modulator 10-2 converts the light output from the transmission light source 10-1 into pulse light based on the pulse signal generated by the pulse signal generator 10-3.
The
光可変アッテネータ10−4は、制御信号生成部10−5によって生成された制御信号に従って光強度変調器10−2から出力される初期捕捉用光の光パワーを減衰させる。
信号処理部101eは、制御信号生成部10−5による制御信号の生成を制御する。
制御信号生成部10−5は、例えば、信号処理部101eの制御に従って、光可変アッテネータ10−4を0dBの設定にする制御信号を生成する。光可変アッテネータ10−4は、制御信号生成部10−5から入力した上記制御信号が示す光パワーに初期捕捉用光の光パワーを減衰させる。
このように、光強度変調器10−2および光可変アッテネータ10−4は、初期捕捉用光をパルス光に変換し、初期捕捉用光の光パワーを調整する、捕捉用光変換部として機能する。The light variable attenuator 10-4 attenuates the light power of the initial capturing light output from the light intensity modulator 10-2 in accordance with the control signal generated by the control signal generation unit 10-5.
The
The control signal generation unit 10-5 generates, for example, a control signal for setting the light variable attenuator 10-4 to 0 dB according to the control of the
As described above, the light intensity modulator 10-2 and the variable light attenuator 10-4 function as a capture light conversion unit that converts the initial capture light into pulse light and adjusts the light power of the initial capture light. .
光通信用ユニット101bは、通信用光を出力する第2の光源部である。
光通信用ユニット101bは、送信光源11−1、光位相変調器11−2およびデータ信号生成部11−3を備えている。送信光源11−1は、通信用光として、初期捕捉用光とは異なる波長、連続発振かつ定偏光であるレーザ光を発生する。The
The
光位相変調器11−2は、送信光源11−1から出力されたレーザ光を、データ信号を含む変調信号で光変調して、上記レーザ光にデータ信号を重畳する。
データ信号を含む変調信号としては、例えば、BPSK(Binary Phase Shift Keying)変調信号があるが、QPSK(Quadrature Phase Shift Keying)変調信号またはQAM(Quadrature Amplitude Modulation)変調信号であってもよい。
データ信号生成部11−3は、データ信号を含む変調信号を生成して光位相変調器11−2に出力する。The optical phase modulator 11-2 optically modulates the laser light output from the transmission light source 11-1 with a modulation signal including a data signal, and superimposes the data signal on the laser light.
As a modulation signal containing a data signal, for example, there is a BPSK (Binary Phase Shift Keying) modulation signal, but it may be a QPSK (Quadrature Phase Shift Keying) modulation signal or a QAM (Quadrature Amplitude Modulation) modulation signal.
The data signal generation unit 11-3 generates a modulation signal including the data signal and outputs the modulation signal to the optical phase modulator 11-2.
WDMカプラ101cは、初期捕捉用ユニット101aから出力された初期捕捉用光と光通信用ユニット101bから出力された通信用光とを合波する合波部である。
光増幅器101dは、WDMカプラ101cによって合波された複数の波長の光を増幅して送信光として出力する。光増幅器101dから出力される光の光パワーは、入力した複数の波長の光が有する光パワーの平均パワー比で決定される。
従って、光増幅器101dから出力される光において、初期捕捉用光の光パワーが減衰すると、その分だけ通信用光の光パワーが増加する。The
The
Therefore, in the light output from the
図2は、実施の形態1における送信光および受信光のスペクトルイメージを示す図である。図2において、送信光源10−1から出力された初期捕捉用光の波長がλ1であり、通信相手の光空間通信装置100から受信光として受信された初期捕捉用光の波長がλ3であるものとする。送信光源11−1から出力された通信用光の波長がλ2であり、通信相手の光空間通信装置100から送信された通信用光の波長がλ4であるものとする。
光空間通信装置100および通信相手の光空間通信装置100において、初期捕捉用光(λ1,λ3)の光パワーは、通信用光(λ2,λ4)よりも高くなるように設定される。FIG. 2 is a diagram showing spectral images of transmission light and reception light in the first embodiment. 2, a 1 wavelength lambda initial acquisition light output from the transmitting light source 10-1, the wavelength of the initial acquisition for the light received as a received light from the optical
The optical power of the initial capturing light (λ 1 , λ 3 ) is set to be higher than that of the communication light (λ 2 , λ 4 ) in the optical
次に動作について説明する。
図3は、光空間通信装置100の動作を示すフローチャートである。
図4は、実施の形態1における、初期捕捉用光および通信用光の光パワーの時間変化を示す図である。
まず、初期捕捉が開始される(ステップST1)。
ここでは、初期捕捉用ユニット101aが、波長λ1のパルス光である初期捕捉用光を出力し、光通信用ユニット101bが、波長λ2の連続波である通信用光を出力する。
WDMカプラ101cは、波長λ1の初期捕捉用光と波長λ2の通信用光とを合波して光増幅器101dに出力する。光増幅器101dは、WDMカプラ101cによって合波された送信光の光パワーを増幅して送信光として出力する。Next, the operation will be described.
FIG. 3 is a flowchart showing the operation of the optical
FIG. 4 is a diagram showing time change of optical power of the initial capturing light and the communication light in the first embodiment.
First, initial capture is started (step ST1).
Here, the
光送信部101から出力された送信光は、波長分離フィルタ103によって送信光路に出力され、アダプティブミラー104を通ってから、光アンテナ105によって送信光として空間へ出力される。このようにして、光空間通信装置100は、初期捕捉用光を送信し、同様にして、通信相手の光空間通信装置100が、初期捕捉用光を送信する。
The transmission light output from the
次に、アダプティブミラースキャンが行われる(ステップST2)。
制御信号生成部108は、指向角度検出部107によって受信された受信光の指向角度が一定値になる制御信号を生成してアダプティブミラー104にフィードバックする。
アダプティブミラー104は、制御信号生成部108から入力した制御信号に従って、受信光の指向角度と上記一定値との誤差が閾値内になるまで、初期捕捉用光の指向角度を制御する(ステップST3)。Next, adaptive mirror scan is performed (step ST2).
The control
The
指向角度の誤差が閾値よりも大きい場合(ステップST3;NO)、ステップST2に戻って、アダプティブミラースキャンが継続される。
指向角度の誤差が閾値内(閾値以下)になった場合(ステップST3;YES)、アダプティブミラー104は、初期捕捉用光の指向角度の制御を停止する。これにより、初期捕捉が完了する(ステップST4)。If the error of the pointing angle is larger than the threshold (step ST3; NO), the process returns to step ST2 and the adaptive mirror scan is continued.
If the error of the pointing angle falls within the threshold (less than the threshold) (step ST3; YES), the
初期捕捉期間では、図4に示すように、波長λ1のパルス光の初期捕捉用光と波長λ2の連続波の通信用光とからなる送信光が通信相手に送信される。
初期捕捉が完了して光通信期間に移行すると、信号処理部101eは、パルス信号発生器10−3によるパルス信号の発生を停止させる(ステップST5)。
光強度変調器10−2から出力される初期捕捉用光は、パルス光から連続波に戻る。Initial in acquisition period, as shown in FIG. 4, the transmission light comprising the wavelength lambda 1 of the pulsed light initial capture light and wavelength lambda 2 of the continuous wave communication light is transmitted to the communication partner.
When the initial acquisition is completed and the optical communication period starts, the
The initial capture light output from the light intensity modulator 10-2 returns from pulse light to a continuous wave.
次に、信号処理部101eは、制御信号生成部10−5に指示して、光増幅器101dに入力される光の平均パワーPAveよりも初期捕捉用光の光パワーを低くする制御信号を生成させる。光可変アッテネータ10−4は、制御信号生成部10−5から入力した上記制御信号に従って、図4の下向き矢印で示すように初期捕捉用光の光パワーを減衰させる(ステップST6)。Next, the
この後、光空間通信装置100と通信相手の光空間通信装置100との間で、光通信が開始される(ステップST7)。光増幅器101dは、一定の駆動電流で駆動しており、かつ波長λ1,λ2の光を増幅している。このとき、光増幅器101dから出力される光の光パワーは、入力した波長λ1,λ2の光が有する光パワーの平均パワー比で決定される。このため、初期捕捉用光の光パワーを減衰させると、図4の上向き矢印で示すように送信光における波長λ2の通信用光の光パワーが相対的に増加する。これにより、初期捕捉に必要な光パワーと光通信に必要な光パワーとの両立が可能となる。After this, optical communication is started between the optical
以上のように、実施の形態1に係る光空間通信装置100において、信号処理部101eが、初期捕捉が完了すると、光可変アッテネータ10−4を制御して初期捕捉用光の光パワーを減衰させる。これにより、初期捕捉が完了するまでに必要な光パワーと光通信に必要な光パワーとの両方を確保できるので、効率よく、安定した初期捕捉および光通信を実現することができる。
As described above, in the optical
実施の形態2.
実施の形態1では、初期捕捉用光のパルス光への変換および光パワーの調整を、光強度変調器および光可変アッテネータで実行していた。
実施の形態2では、初期捕捉用光のパルス光への変換および光パワーの調整を、半導体光増幅器が実行する。これにより、実施の形態1に示した構成に比べて光空間通信装置の小型化および高出力化が可能となる。Second Embodiment
In the first embodiment, the conversion of the initial capture light into pulse light and the adjustment of the light power are performed by the light intensity modulator and the variable light attenuator.
In the second embodiment, the semiconductor optical amplifier executes conversion of the initial capture light into pulse light and adjustment of the light power. As a result, in comparison with the configuration shown in the first embodiment, the optical space communication apparatus can be miniaturized and the output can be increased.
図5は、この発明の実施の形態2に係る光空間通信装置100Aの構成を示すブロック図である。図5において、図1と同一構成要素には同一符号を付して説明を省略する。
光空間通信装置100Aは、光送信部101A、光受信部102、波長分離フィルタ103、アダプティブミラー104、光アンテナ105、ビーム分離部106、指向角度検出部107および制御信号生成部108を備えている。光送信部101Aは、初期捕捉用ユニット101a−1、光通信用ユニット101b、WDMカプラ101c、光増幅器101dおよび信号処理部101e−1を備える。FIG. 5 is a block diagram showing a configuration of an optical space communication apparatus 100A according to
The optical space communication apparatus 100A includes an
初期捕捉用ユニット101a−1は、送信光源10−1、半導体光増幅器10−6および任意波形発生回路10−7を備えている。
半導体光増幅器10−6は、任意波形発生回路10−7によって発生された任意の波形信号に基づいて、送信光源10−1から出力された初期捕捉用光の波形を切り替える。
ここで、任意の波形信号をSOA駆動信号と呼ぶ。半導体光増幅器10−6は、送信光源10−1から出力された光の光パワーを調整する。
このように、半導体光増幅器10−6は、実施の形態1で示した捕捉用光変換部と同様に機能する。The
The semiconductor optical amplifier 10-6 switches the waveform of the initial capture light output from the transmission light source 10-1 based on an arbitrary waveform signal generated by the arbitrary waveform generation circuit 10-7.
Here, an arbitrary waveform signal is referred to as an SOA drive signal. The semiconductor optical amplifier 10-6 adjusts the light power of the light output from the transmission light source 10-1.
As described above, the semiconductor optical amplifier 10-6 functions in the same manner as the trapping light conversion unit described in the first embodiment.
信号処理部101e−1は、任意波形発生回路10−7によるSOA駆動信号の生成を制御する。任意波形発生回路10−7は、信号処理部101eから指示された波形のSOA駆動信号を半導体光増幅器10−6に出力する。例えば、半導体光増幅器10−6は、パルス信号のSOA駆動信号に基づいて、初期捕捉用光をパルス光に変換する。
The
図6は、実施の形態2におけるSOA駆動信号、初期捕捉用光および通信用光の光パワーの時間変化を示す図である。初期捕捉期間において、信号処理部101e−1は、任意波形発生回路10−7に指示して、図6に示すパルス信号のSOA駆動信号を、半導体光増幅器10−6に出力させる。半導体光増幅器10−6は、パルス信号のSOA駆動信号に応じて、送信光源10−1から出力された波長λ1の初期捕捉用光を、パルス光に切り替える。FIG. 6 is a diagram showing temporal changes in optical power of the SOA drive signal, the initial capture light, and the communication light in the second embodiment. In the initial capture period, the
初期捕捉が完了して光通信期間に移行すると、信号処理部101e−1は、任意波形発生回路10−7に指示して、例えば0VのDC信号のSOA駆動信号を半導体光増幅器10−6に出力させる。半導体光増幅器10−6は、上記SOA駆動信号が印加されると、図6に下向きの矢印で示すように、波長λ1の初期捕捉用光の出力を停止する。When the initial capture is completed and the optical communication period starts, the
光増幅器101dは、一定の駆動電流で駆動しており、波長λ1,λ2の光を増幅している。光増幅器101dから出力される光の光パワーは、入力した波長λ1,λ2の光が有する光パワーの平均パワー比で決定される。
このため、初期捕捉用光の光パワーを減衰させると、図6の上向き矢印で示すように、送信光における、波長λ2の通信用光の光パワーが相対的に増加する。これにより、初期捕捉に必要な光パワーと光通信に必要な光パワーとの両立が可能となる。The
Therefore, when attenuating the optical power of the initial acquisition light, as indicated by the upward arrow in FIG. 6, in the transmission light, the optical power of the communication optical wavelength lambda 2 is relatively increased. This makes it possible to achieve both the optical power required for initial capture and the optical power required for optical communication.
以上のように、実施の形態2に係る光空間通信装置100Aにおいて、半導体光増幅器10−6が、初期捕捉用光をパルス光に変換し、初期捕捉用光の光パワーを調整する。
すなわち、光空間通信装置100Aは、実施の形態1に係る光空間通信装置100における、光強度変調器10−2および光可変アッテネータ10−4の機能を、半導体光増幅器10−6で実現している。
これにより、光空間通信装置100Aは、光空間通信装置100よりも小型化することができる。
また、半導体光増幅器10−6は、光強度変調器10−2よりも初期捕捉用光の高出力化が可能である。As described above, in the optical space communication apparatus 100A according to the second embodiment, the semiconductor optical amplifier 10-6 converts the initial capture light into pulse light and adjusts the optical power of the initial capture light.
That is, the optical space communication apparatus 100A realizes the functions of the light intensity modulator 10-2 and the optical variable attenuator 10-4 in the optical
Thus, the optical space communication device 100A can be smaller than the optical
Also, the semiconductor optical amplifier 10-6 can achieve higher output of the initial capturing light than the light intensity modulator 10-2.
実施の形態3.
実施の形態1および実施の形態2では、アダプティブミラー104を使用して送信光の指向角度を制御する構成を示したが、実施の形態3では、送信光を多分配してそれぞれの位相制御を行うことによって、アクティブフェーズドアレイレーザとして機能する光空間通信装置について説明する。Third Embodiment
In the first embodiment and the second embodiment, the configuration to control the directivity angle of the transmission light using the
図7は、この発明の実施の形態3に係る光空間通信装置100Bの構成を示すブロック図である。図7において、図1および図5と同一構成要素には、同一符号を付して説明を省略する。光空間通信装置100Bは、光分配器12、光周波数シフタ13−1〜13−N、光増幅器14−1〜14−N、ビームスプリッタ(以下、BSと記載する)15−1〜15−N、光受信器16−1〜16−N、光位相同期回路17−1〜17−N、制御信号生成回路18−1〜18−N、光通信用ユニット101b、信号処理部101e−2、光受信部102、波長分離フィルタ103、光アンテナ105、ビーム分離部106および指向角度検出部107を備える。
FIG. 7 is a block diagram showing a configuration of an optical
実施の形態3における光通信用ユニット101bは、通信用光を出力する第3の光源部である。光通信用ユニット101bは、送信光源11−1、光位相変調器11−2およびデータ信号生成部11−3を備える。送信光源11−1は、通信用光として、単一波長、連続発振かつ定偏光であるレーザ光を発生する。
The
光位相変調器11−2は、送信光源11−1から出力されたレーザ光を、データ信号を含む変調信号で光変調して、上記レーザ光にデータ信号を重畳する。データ信号生成部11−3は、データ信号を含む変調信号を生成して光位相変調器11−2に出力する。 The optical phase modulator 11-2 optically modulates the laser light output from the transmission light source 11-1 with a modulation signal including a data signal, and superimposes the data signal on the laser light. The data signal generation unit 11-3 generates a modulation signal including the data signal and outputs the modulation signal to the optical phase modulator 11-2.
光分配器12は、光通信用ユニット101bから出力された光を、1光路への局発光とN(N>1)光路への信号光とに多分配する分配部である。光周波数シフタ13−1〜13−Nは、光分配器12によって分配されたN光路の信号光のそれぞれに対応して設けられ、信号光の周波数をシフトさせて出力する。光増幅器14−1〜14−Nは、光周波数シフタ13−1〜13−Nのそれぞれに対応して設けられ、光周波数シフタ13−1〜13−Nのそれぞれから出力された光を増幅する。
The
BS15−1〜15−Nは、光増幅器14−1〜14−Nのそれぞれから出力された信号光を波長分離フィルタ103に出力するとともに、局発光と光増幅器14−1〜14−Nのそれぞれから出力された信号光とを合波して光受信器16−1〜16−Nのそれぞれに出力する合波部として機能する。
光受信器16−1〜16−Nは、BS15−1〜15−Nの出力光に基づいて、光増幅器14−1〜14−Nのそれぞれから出力された信号光における信号光間の光位相誤差を検出する位相誤差検出部である。例えば、光受信器16−1〜16−Nは、ヘテロダイン検波を行う。The BSs 15-1 to 15-N output the signal light output from each of the optical amplifiers 14-1 to 14-N to the
The optical receivers 16-1 to 16-N, based on the output lights of the BSs 15-1 to 15-N, are optical phases between the signal lights in the signal lights outputted from the respective optical amplifiers 14-1 to 14-N. It is a phase error detection unit that detects an error. For example, the optical receivers 16-1 to 16-N perform heterodyne detection.
光位相同期回路17−1〜17−Nは、光受信器16−1〜16−Nにより検出された信号光間の光位相誤差に基づいて、光周波数シフタ13−1〜13−Nのそれぞれを制御して複数の信号光における信号光間の光位相を同期させる光位相同期部である。例えば、光位相同期回路17−1〜17−Nは、光受信器16−1〜16−Nによって検波された複数の信号光のそれぞれの相対位相を、光周波数シフタ13−1〜13−Nのそれぞれに瞬時周波数としてフィードバックすることで、複数の信号光のそれぞれの相対位相の位相同期を行う。 The optical phase synchronization circuits 17-1 to 17-N respectively select the optical frequency shifters 13-1 to 13-N based on the optical phase error between the signal lights detected by the optical receivers 16-1 to 16-N. And an optical phase synchronization unit that synchronizes the optical phases of the signal lights in the plurality of signal lights. For example, the optical phase synchronization circuits 17-1 to 17-N are configured to transmit the relative phases of a plurality of signal lights detected by the optical receivers 16-1 to 16-N, respectively, to the optical frequency shifters 13-1 to 13-N. By performing feedback to each of the above as the instantaneous frequency, phase synchronization of each relative phase of a plurality of signal lights is performed.
制御信号生成回路18−1〜18−Nは、信号処理部101e−2の制御により、オフセット位相を光位相同期回路17−1〜17−Nのそれぞれに出力する。
信号処理部101e−2は、初期捕捉期間において、光位相同期回路17−1〜17−Nを制御して、複数の信号光のそれぞれの光位相を、ビーム拡がりを有する送信光19となる光位相に設定させる。初期捕捉が完了して光通信期間を開始すると、信号処理部101e−2は、光位相同期回路17−1〜17−Nを制御して、複数の信号光のそれぞれの光位相を同一位相に設定させて、送信光20をコリメート光とする。The control signal generation circuits 18-1 to 18-N output the offset phase to each of the optical phase synchronization circuits 17-1 to 17-N under the control of the
The
次に動作について説明する。
光通信用ユニット101bから出力された通信用光は、光分配器12によって1光路の局発光とN光路の信号光とに多分配される。
光周波数シフタ13−1〜13−Nは、N光路の信号光のそれぞれの周波数をシフトさせ、光増幅器14−1〜14−Nは、光周波数シフタ13−1〜13−Nのそれぞれから出力された信号光を増幅する。Next, the operation will be described.
The communication light output from the
The optical frequency shifters 13-1 to 13-N shift the respective frequencies of the signal light in the N optical paths, and the optical amplifiers 14-1 to 14-N output from the respective optical frequency shifters 13-1 to 13-N. Amplified signal light.
BS15−1〜15−Nは、光増幅器14−1〜14−Nのそれぞれから出力された信号光を波長分離フィルタ103に出力する。BS15−1〜15−Nは、局発光と光増幅器14−1〜14−Nのそれぞれから出力された信号光とを合波して光受信器16−1〜16−Nのそれぞれに出力する。BS15−1〜15−Nのそれぞれから出力された信号光は、波長分離フィルタ103および光アンテナ105を介して、対向する通信相手の光空間通信装置100Bに送信される。通信相手の光空間通信装置100Bへの送信光は、例えば、実施の形態1と同様に、波長がλ1の初期捕捉用光または波長がλ2の通信用光である。The BSs 15-1 to 15-N output the signal lights output from the optical amplifiers 14-1 to 14-N to the
一方、光アンテナ105によって受信された受信光は、波長分離フィルタ103により受信光のみがビーム分離部106へ出力される。受信光は、例えば、実施の形態1と同様に、波長がλ3の初期捕捉用光または波長がλ4の通信用光である。
ビーム分離部106は、上記受信光を分離して光受信部102と指向角度検出部107とに出力する。光受信部102は、通信相手の光空間通信装置100Bからのデータを、受信光から抽出する。指向角度検出部107は、受信光の指向角度(到来角度)を検出する。On the other hand, as for the received light received by the
The
信号処理部101e−2は、光空間通信装置100Bをフェーズドアレイレーザとして機能させるために、光周波数シフタ13−1〜13−Nにそれぞれ分配された信号光の位相量を、指向角度検出部107によって検出された到来角度に応じて算出する。
制御信号生成回路18−1〜18−Nは、信号処理部101e−2によって算出された位相量に基づいて、それぞれの信号光のオフセット位相を設定するための制御信号を生成して光位相同期回路17−1〜17−Nに出力する。The
The control signal generation circuits 18-1 to 18-N generate control signals for setting the offset phases of the respective signal lights based on the phase amounts calculated by the
光位相同期回路17−1〜17−Nは、上記制御信号に従って光周波数シフタ13−1〜13−Nを制御することで、信号光に対応するオフセット位相を設定する。
これにより、機械的な駆動機構が必要なアダプティブミラーを用いることなく、光空間通信装置100Bは、信号光の位相の電子制御によって、非機械駆動のビーム捕捉追尾を行うことができる。The optical phase synchronization circuits 17-1 to 17-N set the offset phase corresponding to the signal light by controlling the optical frequency shifters 13-1 to 13-N according to the control signal.
As a result, the optical
信号処理部101e−2は、初期捕捉期間に、光位相同期回路17−1〜17−Nを制御して、光周波数シフタ13−1〜13−Nのそれぞれに分配された複数の信号光の光位相を、ビーム拡がりを有する送信光19となる位相に設定させる(デフォーカス設定)。これにより、送信光19は、図7に示すようにビーム拡がりを持つことから、初期捕捉のダイナミックレンジが拡大される。
The
初期捕捉が完了して光通信期間に移行すると、信号処理部101e−2は、光位相同期回路17−1〜17−Nを制御して、光周波数シフタ13−1〜13−Nのそれぞれに分配された複数の信号光の光位相を同一位相に設定させる。これにより、送信光20は、図7に示すようにコリメート光となるため、光通信における送信光の光パワーが増加する。
When the initial capture is completed and the optical communication period starts, the
以上のように、実施の形態3に係る光空間通信装置100Bにおいて、信号処理部101e−2は、初期捕捉期間で、光位相同期回路17−1〜17−Nを制御して、複数の信号光のそれぞれの光位相を、ビーム拡がりを有する送信光19となる位相に設定させる。初期捕捉が完了して光通信期間に移行すると、信号処理部101e−2は、光位相同期回路17−1〜17−Nを制御して、複数の信号光のそれぞれの光位相を同一位相に設定させる。これにより、初期捕捉におけるダイナミックレンジを拡大することができ、さらに光通信における送信光の光パワーを増加させることができる。
As described above, in the optical
実施の形態3に係る光空間通信装置100Bにおいて、光位相同期回路17−1〜17−Nは、複数の信号光のそれぞれの光位相をアクティブ制御して送信光のビーム伝播方向を電子走査する。これにより、機械的な駆動機構が必要なアダプティブミラーを用いることなく、光空間通信装置100Bがフェーズドアレイレーザとして機能して、信号光の位相の電子制御によって、非機械駆動のビーム捕捉追尾を行うことが可能となる。
In the optical
実施の形態4.
実施の形態3に係る光空間通信装置100Bは、多分配されたそれぞれの光の位相制御を行って指向角度を電子的に制御するものであった。
実施の形態4に係る光空間通信装置100Cは、多波長の光を扱うアクティブフェーズドアレイレーザとして機能する光空間通信装置であり、初期捕捉用光を出力する光源を、通信用光を出力する光源とは別に設けて初期捕捉用光の光パワーを制御している。Fourth Embodiment
The optical
An optical
図8は、この発明の実施の形態4に係る光空間通信装置100Cの構成を示すブロック図である。図8において、図1、図5および図7と同一構成要素には、同一符号を付して説明を省略する。光空間通信装置100Cは、光分配器12、光周波数シフタ13−1〜13−N、光増幅器14−1〜14−N、BS15−1〜15−N、光受信器16−1〜16−N、光位相同期回路17−1〜17−N、制御信号生成回路18−1〜18−N、波長分離フィルタ21、初期捕捉用ユニット101a−2、光通信用ユニット101b、WDMカプラ101c、信号処理部101e−3、光受信部102、波長分離フィルタ103、光アンテナ105、ビーム分離部106および指向角度検出部107を備える。
FIG. 8 is a block diagram showing a configuration of an optical
初期捕捉用ユニット101a−2は、単一波長でかつ連続波である初期捕捉用光を出力する第4の光源部であって、送信光源10−1、半導体光増幅器10−6、任意波形発生回路10−7、光位相変調器10−8および鋸波生成回路10−9を備える。
光位相変調器10−8は、鋸波生成回路10−9によって生成された鋸波の変調信号に基づいて送信光源10−1の出力光を位相変調し、半導体光増幅器10−6で生じる周波数偏移の逆特性を印加する。これにより、周波数偏移が補償されたパルス光の初期捕捉用光を生成することができる。位相変調は、例えば、セロダイン変調である。The
The optical phase modulator 10-8 phase modulates the output light of the transmission light source 10-1 based on the modulation signal of the sawtooth wave generated by the sawtooth wave generation circuit 10-9, and the frequency generated by the semiconductor optical amplifier 10-6 Apply the inverse characteristic of the shift. Thereby, it is possible to generate light for initial capture of pulse light whose frequency shift has been compensated. The phase modulation is, for example, serrodyne modulation.
実施の形態4における光通信用ユニット101bは、通信用光を出力する第5の光源部である。光通信用ユニット101bは、送信光源11−1、光位相変調器11−2およびデータ信号生成部11−3を備える。送信光源11−1は、通信用光として、単一波長、連続発振かつ定偏光であるレーザ光を発生する。
通信相手の光空間通信装置100Cへの送信光は、実施の形態1と同様に、波長がλ1の初期捕捉用光または波長がλ2の通信用光である。
光空間通信装置100Cの受信光は、実施の形態1と同様に、通信相手の光空間通信装置100Cから送信された波長がλ3の初期捕捉用光あるいは波長がλ4の通信用光である。The
Transmitting light to the optical
Receiving light from the optical
実施の形態4におけるWDMカプラ101cは、初期捕捉用ユニット101a−2から出力された初期捕捉用光と、光通信用ユニット101bから出力された通信用光とを合波する合波部である。
波長分離フィルタ21は、局発光用の光路に設けられ、光分配器12によって局発光用の光路に分配された光のうち、波長λ2の送信光のみを透過させる波長分離部である。
波長分離フィルタ21によって透過された光は、局発光としてBS15−1〜15−Nに出力される。The
The wavelength separation filter 21 is a wavelength separation unit which is provided in the optical path for local light emission and transmits only the transmission light of the wavelength λ 2 among the light distributed to the optical path for local light emission by the
The light transmitted by the wavelength separation filter 21 is output as local light to the BSs 15-1 to 15-N.
実施の形態4におけるBS15−1〜15−Nは、光増幅器14−1〜14−Nのそれぞれから出力された信号光を波長分離フィルタ103に出力する。
また、BS15−1〜15−Nは、波長分離フィルタ21によって分離された波長λ2の局発光と、光増幅器14−1〜14−Nのそれぞれから出力された信号光とを合波して光受信器16−1〜16−Nのそれぞれに出力する合波部として機能する。The BSs 15-1 to 15-N in the fourth embodiment output the signal lights output from the optical amplifiers 14-1 to 14-N to the
Also, BSs 15-1 to 15-N combine the local light of wavelength λ 2 separated by the wavelength separation filter 21 with the signal light output from each of the optical amplifiers 14-1 to 14-N. It functions as a multiplexing unit for outputting to each of the optical receivers 16-1 to 16-N.
次に動作について説明する。
初期捕捉用ユニット101a−2の送信光源10−1から出力された送信光と光通信用ユニット101bの送信光源11−1から出力された送信光とは、WDMカプラ101cによって合波された後、光分配器12によって1光路の局発光とN光路の信号光とに分配される。波長分離フィルタ21は、光分配器12によって分配された局発光のうちから、波長λ2の成分を抽出し、最終的な局発光としてBS15−1〜15−Nに出力する。Next, the operation will be described.
After the transmission light output from the transmission light source 10-1 of the
光周波数シフタ13−1〜13−Nは、光分配器12によって分配されたN光路の信号光のそれぞれの周波数をシフトさせ、光増幅器14−1〜14−Nは、光周波数シフタ13−1〜13−Nのそれぞれから出力された信号光を増幅する。
BS15−1〜15−Nは、光増幅器14−1〜14−Nのそれぞれから出力された信号光を波長分離フィルタ103に出力する。The optical frequency shifters 13-1 to 13-N shift the respective frequencies of the signal light of the N optical paths distributed by the
The BSs 15-1 to 15-N output the signal lights output from the optical amplifiers 14-1 to 14-N to the
また、BS15−1〜15−Nは、波長分離フィルタ21から出力された局発光と、光増幅器14−1〜14−Nのそれぞれから出力された信号光とを合波して、光受信器16−1〜16−Nのそれぞれに出力する。
BS15−1〜15−Nのそれぞれから出力された信号光は、波長分離フィルタ103および光アンテナ105を介して、対向する通信相手の光空間通信装置100Cに送信される。Also, BSs 15-1 to 15-N combine the local light output from the wavelength separation filter 21 with the signal light output from each of the optical amplifiers 14-1 to 14-N, and Output to each of 16-1 to 16-N.
The signal light output from each of the BSs 15-1 to 15-N is transmitted to the optical
光アンテナ105によって受信された受信光は、波長分離フィルタ103により受信光のみがビーム分離部106へ出力される。
ビーム分離部106は、上記受信光を分離して、光受信部102と指向角度検出部107とに出力する。光受信部102は、通信相手の光空間通信装置100Cから送信されたデータを受信光から抽出する。指向角度検出部107は、受信光の指向角度(到来角度)を検出する。As for the received light received by the
The
信号処理部101e−2は、光空間通信装置100Cをフェーズドアレイレーザとして機能させるために、光周波数シフタ13−1〜13−Nに分配されたそれぞれの信号光の位相量を、指向角度検出部107によって検出された到来角度に応じて算出する。
制御信号生成回路18−1〜18−Nは、信号処理部101e−3によって算出された位相量に基づいて、それぞれの信号光のオフセット位相を設定するための制御信号を生成して光位相同期回路17−1〜17−Nに出力する。The
The control signal generation circuits 18-1 to 18-N generate control signals for setting the offset phases of the respective signal lights based on the phase amounts calculated by the
光位相同期回路17−1〜17−Nは、上記制御信号に従って光周波数シフタ13−1〜13−Nを制御することで、信号光に対応するオフセット位相を設定する。
これにより、機械的な駆動機構が必要なアダプティブミラーを用いることなく、光空間通信装置100Cは、信号光の位相の電子制御によって、非機械駆動のビーム捕捉追尾を行うことができる。The optical phase synchronization circuits 17-1 to 17-N set the offset phase corresponding to the signal light by controlling the optical frequency shifters 13-1 to 13-N according to the control signal.
Thus, the optical
さらに、信号処理部101e−3は、初期捕捉期間に、光位相同期回路17−1〜17−Nを制御して、光周波数シフタ13−1〜13−Nのそれぞれに分配された複数の信号光の光位相を、ビーム拡がりを有する送信光19となる位相に設定させる(デフォーカス設定)。これにより、送信光19は、図8に示すようにビーム拡がりを持つことから、初期捕捉のダイナミックレンジが拡大される。
Furthermore, the
初期捕捉が完了して光通信期間に移行すると、信号処理部101e−3は、光位相同期回路17−1〜17−Nを制御して、光周波数シフタ13−1〜13−Nのそれぞれに分配された複数の信号光の光位相を同一位相に設定させる。これにより、送信光20は、図8に示すようにコリメート光となるため、光通信における送信光の光パワーが増加する。
When the initial capture is completed and the optical communication period starts, the
なお、半導体光増幅器10−6の光学媒質では、パルス光が伝播すると、その光パワーに応じて屈折率が変化する。この屈折率の変化に伴って、初期捕捉用光のパルス光に周波数偏移が生じる。このような周波数偏移を生じたパルス光は、複数に分配してフェーズドアレイレーザとして出力するときに、それぞれの光を同一位相にすることができず、出力光の光パワーの低下を招く。 In the optical medium of the semiconductor optical amplifier 10-6, when the pulse light propagates, the refractive index changes according to the light power. With this change in refractive index, frequency shift occurs in the pulsed light of the initial capture light. When the pulse light having such a frequency shift is divided into a plurality and output as a phased array laser, the respective lights can not be in the same phase, which causes a decrease in the optical power of the output light.
そこで、実施の形態4では、送信光源10−1から出力された光を、鋸波信号によってセロダイン変調することで、周波数偏移の逆特性を印加する。これにより、周波数偏移が補償された初期捕捉用光のパルス光を生成することができる。
図9は、鋸波信号、周波数偏移量および周波数偏移補償信号の時間波形を示すグラフである。鋸波生成回路10−9によって生成される鋸波信号は、図9の上段のグラフに示すように、周期Tmの信号である。Therefore, in the fourth embodiment, the reverse characteristic of the frequency shift is applied by serrodyne modulating the light output from the transmission light source 10-1 with a sawtooth signal. Thereby, it is possible to generate pulsed light of the initial capture light whose frequency shift has been compensated.
FIG. 9 is a graph showing time waveforms of a sawtooth signal, a frequency shift amount, and a frequency shift compensation signal. The sawtooth signal generated by the sawtooth wave generation circuit 10-9 is a signal with a period Tm, as shown in the upper graph of FIG.
光位相変調器10−8は、上記鋸波信号である変調信号を、送信光源10−1から出力された光に印加する。光の位相値が0から2πになるときに、鋸波の周期Tmによって、光周波数が1/Tmだけシフトする。
実施の形態4では、この周波数シフト量を、半導体光増幅器10−6によって送信光に生じる周波数偏移の逆特性とすることで、この周波数偏移を補償する。The optical phase modulator 10-8 applies the modulation signal, which is the sawtooth signal, to the light output from the transmission light source 10-1. When the phase value of light changes from 0 to 2π, the optical frequency shifts by 1 / Tm due to the period Tm of the sawtooth wave.
In the fourth embodiment, the frequency shift amount is compensated by making the amount of frequency shift the inverse characteristic of the frequency shift generated in the transmission light by the semiconductor optical amplifier 10-6.
図9の下段のグラフに示す周波数偏移量cは、初期捕捉用光の1パルスに生じる周波数偏移量である。周波数偏移補償信号dは、図9に示すように、周波数偏移量cの逆特性となっている。従って、周波数偏移補償信号dを送信光に印加することで、初期捕捉用光の光周波数を基準の光周波数f0にすることができる。The frequency shift amount c shown in the lower graph of FIG. 9 is a frequency shift amount generated in one pulse of the initial capture light. The frequency shift compensation signal d has an inverse characteristic of the frequency shift amount c as shown in FIG. Therefore, by applying a frequency shift compensation signal d to the transmission light, it is possible to the optical frequency of the initial acquisition for the light to the optical frequency f 0 of the reference.
送信光源10−1および送信光源11−1のそれぞれから出力された光を、フェーズドアレイレーザ出力したときの光電場および局発光として出力したときの光電場は、下記式(1)〜(3)で表すことができる。下記式(1)〜(3)において、f1は、送信光源10−1から出力された光の光周波数であり、f2は、送信光源11−1から出力された光の光周波数である。φSi_λ1は、i番目の素子(i番目の光路)の波長λ1における位相変動を示しており、φSi_λ2は、i番目の素子(i番目の光路)の波長λ2における位相変動を示している。δφi(t)は、光周波数シフタ13−iによってフィードバック制御される位相量、fAOMは、光周波数シフタによってシフトされる光の周波数シフト量である。φL(t)は、局発光の光路における位相変化量を示している。
ESiλ1(t)
=Ein_λ1×exp[i{2π(f1+fAOM)t+φSi_λ1(t)+δφi(t)}] ・・・(1)
ESiλ2(t)
=Ein_λ2×exp[i{2π(f2+fAOM)t+φSi_λ2(t)+δφi(t)}] ・・・(2)
EL(t)=EL×exp[i{2πf2t+φL(t)}] ・・・(3)The light electric field when the light output from each of the transmission light source 10-1 and the transmission light source 11-1 is output as a phased array laser and the optical electric field when the local light is output are represented by the following formulas (1) to (3) Can be represented by In Formula (1) ~ (3),
E Si λ 1 (t)
= E in _ 1 x exp [i {2 π (f 1 + f AOM ) t + Si Si _ 1 (t) + δ i i (t)}] (1)
E Si λ 2 (t)
= E in λ 2 × exp [i { 2 π (f 2 + f AOM ) t + Si Si λ 2 (t) + δ i i (t)}]
E L (t) = E L × exp [i {2πf 2 t + φ L (t)}] (3)
局発光は、波長分離フィルタ21によってλ2の波長成分のみが透過される。このため、光受信器16−1〜16−Nの受信周波数帯域において検波される信号は、波長λ2のみのヘテロダイン検波信号となる。このとき、波長λ1の信号を無視することができ、ヘテロダイン検波信号は、下記式(4)〜(6)で表される。
|ES1λ2(t)−EL(t)|2
=2Ein_λ2×ELsin(2πfAOMt+φS1_λ2−φL) ・・・(4)
|ES2λ2(t)−EL(t)|2
=2Ein_λ2×ELsin(2πfAOMt+φS2_λ2−φL+δφl−2(t)) ・・・(5)
δφl−i(t)=φS1_λ2−φSi_λ2 ・・・(6)For the local light, only the wavelength component of λ 2 is transmitted by the wavelength separation filter 21. Therefore, signals detected in the reception frequency band of the optical receiver 16-1 to 16-N is a heterodyne detection signal of only the wavelength lambda 2. At this time, the signal of wavelength λ 1 can be ignored, and the heterodyne detection signal is expressed by the following formulas (4) to (6).
| E S1λ2 (t) −E L (t) | 2
= 2 E in λ 2 × E L sin (2πf AOM t + S S 1 _ λ 2- L L ) (4)
| E S2λ2 (t) −E L (t) | 2
= 2E in_λ 2 × E L sin (2πf AOM t +
δφ l−i (t) = φ S1_λ2 −φ Si_λ2 (6)
i=1の素子を基準として位相同期させたときの光電場は、下記式(7)および(8)で表すことができ、同一の光路(素子)を伝播する異なる波長の位相誤差は、下記式(9)で表すことができる。
下記式(9)に示す位相誤差は、同一の光路を伝播する光が対象であるため、波長分散の影響を無視した場合、“0”となる。AOMのような光周波数シフタは、入力光波長が変化した際でも、シフト量は変化しないため、光周波数シフタを用いた構成では、下記式(9)は“0”となる。
従って、波長λ2の光の位相誤差を検出して制御することで、多波長の信号光に対する位相同期が可能となる。
ESiλ1(t)
=Ein_λ1×exp[i{2π(f1+fAOM)t+φSi_λ1(t)+δφl−i(t)}]
=Ein_λ1×exp[i{2π(f1+fAOM)t+Δφλi+φS1_λ2(t)}]
・・・(7)
ESiλ2(t)
=Ein_λ2×exp[i{2π(f2+fAOM)t+φSi_λ2(t)+δφl−i(t)}]
=Ein_λ2×exp[i{2π(f2+fAOM)t+φS1_λ2}]
・・・(8)
Δφλi=φSi_λ2−φSi_λ1=0 ・・・(9)The optical electric field when phase synchronization is performed with respect to the element of i = 1 can be expressed by the following equations (7) and (8), and the phase errors of different wavelengths propagating in the same optical path (element) are It can be expressed by equation (9).
The phase error shown in the following equation (9) is “0” when light propagating in the same optical path is an object, and the influence of the chromatic dispersion is ignored. In an optical frequency shifter such as AOM, the shift amount does not change even when the input light wavelength changes, so in the configuration using the optical frequency shifter, the following equation (9) is "0".
Therefore, by controlling and detecting a phase error of the wavelength lambda 2 of light, the phase synchronization for the signal light of multiple wavelengths becomes possible.
E Si λ 1 (t)
= E in _ 1 x exp [i {2 π (f 1 + f AOM ) t + Si Si _ 1 (t) + δ φ l-i (t)}]
= E in λ 1 × exp [i {2 π (f 1 + f AOM ) t + Δφ λi + φ S 1 _ λ 2 (t)}]
... (7)
E Si λ 2 (t)
= E in λ 2 × exp [i { 2 ((f 2 + f AOM ) t + φ Si λ 2 (t) + δ l l-i (t)}]
= E in λ 2 × exp [i { 2 π (f 2 + f AOM ) t + S S 1 _ λ 2 }]
... (8)
Δφ λi = φ Si_λ2 −φ Si_λ1 = 0 (9)
次に、図10は、初期捕捉用光および通信用光の光パワーの時間変化を示す図である。図10に示すように、初期捕捉用光の1パルス当たりの光パワーは、N素子(N光路)のフェーズドアレイ出力によって、図1に示した1素子(1光路)の光空間通信装置100よりも大きくなる。
Next, FIG. 10 is a diagram showing temporal changes in optical power of the initial capture light and the communication light. As shown in FIG. 10, the optical power per pulse of the initial capture light is from the optical
また、信号処理部101e−3は、初期捕捉が完了して光通信期間になると、任意波形発生回路10−7に指示して、初期捕捉用光の光パワーを下げるためのSOA駆動信号を半導体光増幅器10−6に出力させる。半導体光増幅器10−6は、上記SOA駆動信号が印加されると、図10に下向きの矢印で示すように波長λ1の初期捕捉用光の光パワーを低下させる。Further, when the initial capture is completed and the optical communication period starts, the
光増幅器14−1〜14−Nのそれぞれは、実施の形態1における光増幅器101dと同様に、一定の駆動電流で駆動しており、波長λ1,λ2の光を増幅している。
このとき、光増幅器14−1〜14−Nのそれぞれから出力された光の光パワーは、入力した波長λ1,λ2の光が有する光パワーの平均パワー比で決定される。このため、初期捕捉用光の光パワーを減衰させると、図10の上向き矢印で示すように送信光における波長λ2の通信用光の光パワーが相対的に増加する。これにより、初期捕捉に必要な光パワーと光通信に必要な光パワーとの両立が可能となる。Each of the optical amplifiers 14-1 to 14-N is driven by a constant drive current as in the
At this time, the optical power of the light output from each of the optical amplifiers 14-1 to 14-N is determined by the average power ratio of the optical power of the input light of the wavelengths λ 1 and λ 2 . Therefore, when attenuating the optical power of the initial acquisition optical, optical power of the wavelength lambda 2 of the communication light in transmitted light as indicated by the upward arrow in FIG. 10 is relatively increased. This makes it possible to achieve both the optical power required for initial capture and the optical power required for optical communication.
実施の形態4に係る光空間通信装置100Cが、初期捕捉用ユニットとして、半導体光増幅器10−6を有した初期捕捉用ユニット101a−2を備えた構成を示したが、捕捉用光変換部は、実施の形態1と同様に、光強度変調器10−2および光可変アッテネータ10−4であってもよい。
Although the optical
以上のように、実施の形態4に係る光空間通信装置100Cにおいて、波長分離フィルタ103が通信用光の波長成分の局発光を生成して出力する。光受信器16−1〜16−Nは、波長分離フィルタ103から出力された局発光と複数の光増幅器14−1〜14−Nの出力光とを合波した光に基づいて、光増幅器14−1〜14−Nのそれぞれから出力された信号光における信号光間の光位相誤差を検出する。光位相同期回路17−1〜17−Nは、光受信器16−1〜16−Nによって検出された信号光間の光位相誤差に基づいて、光周波数シフタ13−1〜13−Nのそれぞれを制御して複数の信号光における信号光間の光位相を同期させる。このように構成することで、多波長の信号光に対する位相同期をとることができる。
As described above, in the optical
実施の形態4に係る光空間通信装置100Cにおいて、信号処理部101e−3は、初期捕捉において、光位相同期回路17−1〜17−Nを制御して、複数の信号光のそれぞれの光位相を、ビーム拡がりを有する送信光となる位相に設定させ、初期捕捉が完了すると、光位相同期回路17−1〜17−Nを制御して、複数の信号光のそれぞれの光位相を同一位相に設定させる。これにより、初期捕捉におけるダイナミックレンジを拡大することができ、さらに光通信における送信光の光パワーを増加させることができる。
In the optical
実施の形態4に係る光空間通信装置100Cにおいて、信号処理部101e−3は、初期捕捉が完了すると、半導体光増幅器10−6を制御して光パワーを減衰させる。これにより、初期捕捉が完了するまでに必要な光パワーと光通信に必要な光パワーの両方を確保できるので、効率よく、安定した初期捕捉および光通信を実現することができる。
In the optical
実施の形態4に係る光空間通信装置100Cにおいて、光位相同期回路17−1〜17−Nは、光周波数シフタ13−1〜13−Nのそれぞれを制御して、半導体光増幅器10−6によって初期捕捉用光がパルス光にされたときに生じる周波数偏移と逆特性の周波数シフト量で複数の信号光のそれぞれの周波数をシフトさせる。
このように構成することで、初期捕捉用光のパルス光の周波数偏移に起因した初期捕捉用光の光パワーの低下を防止することができる。In the optical
With this configuration, it is possible to prevent the decrease in the light power of the initial capture light due to the frequency shift of the pulse light of the initial capture light.
なお、実施の形態1、実施の形態3および実施の形態4において、光空間通信装置が、初期捕捉用光および通信用光の2波長光を扱う場合について示したが、これに限定されるものではない。例えば、実施の形態1〜4に係る光空間通信装置において、光通信用ユニットが通信用光として多波長光を出力してもよい。 In the first embodiment, the third embodiment and the fourth embodiment, the optical space communication apparatus handles two wavelengths of light for initial capture and light for communication, but the present invention is not limited to this. is not. For example, in the optical space communication apparatus according to the first to fourth embodiments, the optical communication unit may output multi-wavelength light as communication light.
光位相同期を実現する方法として、ヘテロダイン検波の結果を使用して、ある素子(i=1)の位相を基準とし、光周波数シフタを制御する方法を示したが、これに限定されるものではない。
例えば、位相誤差は、ディザリング信号を用いる単一光検出器で検出してもよい。
また、複数の信号光のそれぞれの相対位相を光位相変調器にフィードバックして位相同期をとってもよい。
また、基準となる信号の信号源として外部信号源を用いてもよい。As a method of realizing optical phase synchronization, although the method of controlling the optical frequency shifter with reference to the phase of a certain element (i = 1) using the result of heterodyne detection has been shown, the method is not limited to this. Absent.
For example, phase errors may be detected with a single photodetector using a dithering signal.
Further, the relative phase of each of the plurality of signal light may be fed back to the optical phase modulator to perform phase synchronization.
Also, an external signal source may be used as a signal source of a signal to be a reference.
なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内において、実施の形態のそれぞれの自由な組み合わせまたは実施の形態のそれぞれの任意の構成要素の変形もしくは実施の形態のそれぞれにおいて任意の構成要素の省略が可能である。 The present invention is not limited to the above embodiment, and within the scope of the present invention, variations or embodiments of respective free combinations of the embodiments or respective optional components of the embodiments. An optional component can be omitted in each of the above.
この発明に係る光空間通信装置は、効率よく、安定した初期捕捉および光通信を実現することができるので、様々な光通信分野に利用可能である。 Since the optical space communication device according to the present invention can efficiently and stably realize initial acquisition and optical communication, it can be used in various optical communication fields.
10−1,11−1 送信光源、10−2 光強度変調器、10−3 パルス信号発生器、10−4 光可変アッテネータ、10−5,108 制御信号生成部、10−6 半導体光増幅器、10−7 任意波形発生回路、10−8,11−2 光位相変調器、10−9 鋸波生成回路、11−3 データ信号生成部、12 光分配器、13−1〜13−N 光周波数シフタ、14−1〜14−N,101d 光増幅器、15−1〜15−N BS、16−1〜16−N 光受信器、17−1〜17−N 光位相同期回路、18−1〜18−N 制御信号生成回路、19 送信光、20 送信光、21,103 波長分離フィルタ、100,100A〜100C 光空間通信装置、101,101A 光送信部、101a,101a−1,101a−2 初期捕捉用ユニット、101b 光通信用ユニット、101c WDMカプラ、101e,101e−1〜101e−3 信号処理部、102 光受信部、104 アダプティブミラー、105 光アンテナ、106 ビーム分離部、107 指向角度検出部。 10-1, 11-1 transmission light source, 10-2 light intensity modulator, 10-3 pulse signal generator, 10-4 light variable attenuator, 10-5, 108 control signal generator, 10-6 semiconductor optical amplifier, 10-7 Arbitrary Waveform Generation Circuit, 10-8, 11-2 Optical Phase Modulator, 10-9 Sawtooth Generation Circuit, 11-3 Data Signal Generator, 12 Optical Divider, 13-1 to 13-N Optical Frequency Shifter, 14-1 to 14-N, 101d optical amplifier, 15-1 to 15-N BS, 16-1 to 16-N optical receiver, 17-1 to 17-N optical phase synchronization circuit, 18-1 18-N control signal generation circuit, 19 transmission light, 20 transmission light, 21, 103 wavelength separation filter, 100, 100A to 100C optical space communication device, 101, 101A light transmitter, 101a, 101a-1, 101a-2 initial Acquisition unit, 101b Optical communication unit, 101c WDM coupler, 101e, 101e-1 to 101e-3 Signal processing unit, 102 Optical receiving unit, 104 Adaptive mirror, 105 Optical antenna, 106 Beam separation unit, 107 Directional angle detection unit .
Claims (7)
前記初期捕捉用光とは異なる波長でかつ連続波である通信用光を出力する第2の光源部と、
前記初期捕捉用光をパルス光に変換し、前記初期捕捉用光の光パワーを調整する捕捉用光変換部と、
前記初期捕捉用光と前記通信用光とを合波する合波部と、
前記合波部によって合波された光を増幅して送信光として出力する光増幅器と、
初期捕捉が完了すると、前記捕捉用光変換部を制御して前記初期捕捉用光の光パワーを減衰させる信号処理部と
を備えたことを特徴とする光空間通信装置。 A first light source unit that outputs light for initial capture that is a single wavelength and a continuous wave;
A second light source unit that outputs communication light having a wavelength different from that of the initial capture light and being a continuous wave;
A capture light conversion unit that converts the initial capture light into pulsed light and adjusts the light power of the initial capture light;
A multiplexing unit that multiplexes the initial capture light and the communication light;
An optical amplifier that amplifies the light multiplexed by the multiplexing unit and outputs the amplified light as transmission light;
An optical space communication apparatus, comprising: a signal processing unit that controls the capture light conversion unit to attenuate the light power of the initial capture light when the initial capture is completed.
を特徴とする請求項1記載の光空間通信装置。 The optical space communication apparatus according to claim 1, wherein the optical conversion unit for capture is a semiconductor optical amplifier.
を特徴とする請求項1または請求項2記載の光空間通信装置。 The optical space communication apparatus according to claim 1, wherein the second light source unit outputs multi-wavelength light as the communication light.
前記初期捕捉用光とは異なる波長でかつ連続波である通信用光を出力する第5の光源部と、
前記初期捕捉用光をパルス光に変換し、前記初期捕捉用光の光パワーを調整する捕捉用光変換部と、
前記初期捕捉用光と前記通信用光とを合波する合波部と、
前記合波部によって合波された光を複数の信号光に多分配する分配部と、
前記複数の信号光のそれぞれを増幅して出力する複数の光増幅器と、
前記複数の信号光における信号光間の光位相誤差を検出する位相誤差検出部と、
前記位相誤差検出部によって検出された信号光間の光位相誤差に基づいて、前記複数の信号光における信号光間の光位相を同期させる光位相同期部と、
初期捕捉において、前記光位相同期部を制御して前記複数の信号光のそれぞれの光位相を、ビーム拡がりを有する送信光となる光位相に設定させ、初期捕捉が完了すると、前記光位相同期部を制御して前記複数の信号光のそれぞれの光位相を、同一位相に設定させる信号処理部と
を備えたことを特徴とする光空間通信装置。 A fourth light source unit that outputs an initial capturing light having a single wavelength and a continuous wave;
A fifth light source unit that outputs communication light having a wavelength different from that of the initial capturing light and being a continuous wave;
A capture light conversion unit that converts the initial capture light into pulsed light and adjusts the light power of the initial capture light;
A multiplexing unit that multiplexes the initial capture light and the communication light;
A distribution unit for dividing the light combined by the combining unit into a plurality of signal lights;
A plurality of optical amplifiers for amplifying and outputting each of the plurality of signal lights;
A phase error detector configured to detect an optical phase error between the signal lights of the plurality of signal lights;
An optical phase synchronization unit that synchronizes the optical phase between the signal lights of the plurality of signal lights based on the optical phase error between the signal lights detected by the phase error detection unit;
In the initial acquisition, the optical phase synchronization unit is controlled to set the optical phase of each of the plurality of signal lights to an optical phase to be transmission light having beam spread, and when the initial acquisition is completed, the optical phase synchronization unit An optical space communication apparatus comprising: a signal processing unit configured to control an optical phase of each of the plurality of signal lights to be set to the same phase.
を特徴とする請求項4記載の光空間通信装置。 The optical space communication apparatus according to claim 4 , wherein the signal processing unit controls the capturing light conversion unit to attenuate the light power of the initial capturing light when the initial capturing is completed.
前記光位相同期部は、前記半導体光増幅器によって前記初期捕捉用光がパルス光にされたときに生じる周波数偏移と逆特性の周波数シフト量で、前記複数の信号光のそれぞれの周波数偏移を補償すること
を特徴とする請求項4または請求項5記載の光空間通信装置。 The capture optical conversion unit is a semiconductor optical amplifier,
The optical phase synchronization unit is configured to shift the frequency shifts of the plurality of signal lights by a frequency shift amount having a reverse characteristic to the frequency shift that occurs when the initial capturing light is converted into pulse light by the semiconductor optical amplifier. The optical space communication apparatus according to claim 4 or 5, wherein the compensation is performed.
を特徴とする請求項4から請求項6のうちのいずれか1項記載の光空間通信装置。 The optical space communication apparatus according to any one of claims 4 to 6 , wherein the fifth light source unit outputs multi-wavelength light as the communication light.
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