JP7359990B2 - レーザ信号による光通信用の端末 - Google Patents
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Description
本明細書は、レーザ信号による光通信用の端末および方法に関する。より具体的には、本明細書は、受信したレーザ信号が光ファイバを介して受信光検出器へとルーティングされる、かかる端末およびかかる方法に関する。
非常に長い距離にわたってデータを送信するために、自由空間を伝播するレーザ信号、すなわち、光ファイバ内を導波されない通信レーザ信号を使用することは、特に宇宙空間における用途に関して、よく知られている。受信方向および送信方向が正確に制御される光端末を用いることが、それには必要となる。特に、たとえ双方の端末が相対運動をしている場合であっても、各端末がもう一方の端末によって送信された信号を実際に受信することが、この制御によって保証される。特に、双方の端末のうちの少なくとも一方の端末が、軌道(例えば、地球周囲の軌道)上の衛星に搭載されている場合に、この相対運動は大きなものとなり得る。このとき、もう一方の端末は、軌道上の別の衛星に搭載された状態であり、地球上の地面に位置しており、または、飛行中の航空機、もしくは、他の任意のビークル(vehicle)もしくはシップ(ship)に搭載された状態であり得る。各端末に関して、その端末の送信方向と、その端末がもう一方の端末から来るレーザ信号を受信する方向との間に適用される瞬時分離(instantaneous separation)は通常、光行差補正(ポイントアヘッド:point-ahead)オフセット(offset)と称される。
レーザ信号による光通信技術の利用に関する重要な課題として、端末のバルクおよび重量を低減することがある。
これらの目的または別の目的のうちの少なくとも1つの目的を達成するために、本発明の第1態様では、レーザ信号による光通信用の新規の端末が提案される。当該端末は、検出面内における行と列との交点に感光素子が配置された、マトリクスイメージセンサタイプの追尾および捕捉検出器(tracking and acquisition detector)を備える。この端末は、使用中に、前記端末に対して外部にあるソースによって発せられた第1レーザ信号を受信し、第2レーザ信号を外部の前記ソースに送信するように構成されている。さらに、この端末は、前記第1レーザ信号の一部と前記第2レーザ信号の一部とが、前記追尾および捕捉検出器の前記検出面に入射するように構成されている。これにより、追尾および捕捉検出器の少なくとも一部の感光素子が生成する検出信号を用いることによって、受信方向に対する端末の向きと光行差補正オフセットとを、調整することができる。
-較正放射と称される放射が、前記光ファイバ内で導かれて前記光ファイバの前記入力端部を通じて出、
-前記光ファイバの前記入力端部の像が、前記較正放射を用いて、前記追尾および捕捉検出器の前記検出面上に形成される
ように適合されている。このように、前記追尾および捕捉検出器は、いわゆる第1レーザ信号の別の一部、すなわち、受信した前記レーザ信号の受信光検出器へ向かう部分が、前記光ファイバの前記入力端部を通じて当該光ファイバに実際に注入されることが保証されるように、さらに適合されている。前記追尾および捕捉検出器に関する複数の機能のかかる組み合わせは、端末のバルク、重量およびコストを低減するために、特に有利である。
-前記端末において本発明に従って使用される、少なくとも1つの前記スペクトルフィルタリング素子は、1つのフィルタから構成されてもよく、または、組み合わせられた複数のフィルタのアセンブリから構成されてもよい;
-前記端末において本発明に従って使用される、少なくとも1つの前記スペクトルフィルタリング素子は、多層干渉フィルタタイプであってもよい;
-前記端末において本発明に従って使用される、少なくとも1つの前記スペクトルフィルタリング素子は、帯域阻止フィルタタイプであってもよく、少なくとも1つの前記スペクトルフィルタリング素子は、前記第2レーザ信号の前記波長が少なくとも1つの前記スペクトルフィルタリング素子の阻止区間の内にあり、かつ、前記較正放射の少なくとも1つの波長が前記阻止区間の外にあるように、適合されていてもよい;
-少なくとも1つの前記スペクトルフィルタリング素子は、前記第1レーザ信号の波長も前記阻止区間の外にあるようにさらに適合されていてもよい;ならびに、
-前記端末は、前記端末の前記使用中に、外部の前記ソースからのビーコン信号を受信するようにさらに構成されていてもよく、前記端末は、前記ビーコン信号の一部もまた前記追尾および捕捉検出器の前記検出面に入射するように適合されていてもよい。この場合において、少なくとも1つの帯域阻止タイプの前記スペクトルフィルタリング素子は、前記ビーコン信号の波長もまた前記阻止区間の外にあるようにさらに適合されていてもよい。
-前記第1レーザ信号の前記波長に対する感度を有し、かつ、前記入力端部とは反対側にある前記光ファイバの出力端部に光学的に結合された前記受信光検出器であって、前記端末が受信する前記第1レーザ信号に応じた受信電気信号を生成する前記受信光検出器;および、
-前記第1レーザ信号に対して有効であり、かつ、前記光ファイバの前記入力端部と前記受信光検出器との間における前記第1レーザ信号の前記別の一部(と本明細書では称する)の光路上に位置する光増幅器。
前記第1レーザ信号の前記波長は、1540nm(ナノメートル)~1545nmであってもよい;
前記第2レーザ信号の前記波長は、1550nm~1555nmであってもよい;
前記較正放射のスペクトル範囲は、1530nm~1560nmに及ぶ区間を含んでもよい;
少なくとも1つの前記スペクトルフィルタリング素子が帯域阻止タイプである場合、その前記阻止区間は、約1550nm~約1575nmであってもよく、該当する場合には、前記ビーコン信号の前記波長は、1580nm~2000nmであってもよい。
-レーザ信号による光通信用の端末を設ける工程、ここで、当該端末は、検出面内における行と列との交点に感光素子が配置された、マトリクスイメージセンサタイプの追尾および捕捉検出器を備え、前記端末は、前記端末の使用中に、前記端末に対して外部にあるソースによって発せられた第1レーザ信号を受信し、前記第1レーザ信号の一部を前記追尾および捕捉検出器の前記検出面へ向け、前記第1レーザ信号の別の一部を、光ファイバの入力端部を通じて当該光ファイバに注入し、第2レーザ信号を前記端末の外部に送信するように構成される;
-前記端末を使用して、前記第2レーザ信号を外部の前記ソースに送信する工程;ならびに、
-前記第2レーザ信号が送信されている間に、前記第2レーザ信号の一部を、前記追尾および捕捉検出器の前記検出面へ向け、前記光ファイバ内で導かれて前記光ファイバの前記入力端部を通じて出る較正放射と称される放射を、前記追尾および捕捉検出器の前記検出面へ同時に向け、前記較正放射によって、前記光ファイバの前記入力端部の像を、前記追尾および捕捉検出器の前記検出面上に形成する工程。
前記追尾および捕捉検出器の前記検出面へ向けられる前記第2レーザ信号の前記一部と、前記光ファイバの前記入力端部の前記像を形成する前記較正放射とが、前記追尾および捕捉検出器の前記検出面に到達する前に、前記追尾および捕捉検出器による前記較正放射の検出に関して有効な前記較正放射の平均強度に対する前記第2レーザ信号の前記一部の前記強度の商の値を減少させる工程。
本発明の構成および利点は、添付の図面を参照した、非限定的な実施例に関する以下の詳細な説明において、より明確に明らかとなるだろう。
明確さのために、これらの図に示す素子の寸法は、実際の寸法にも実際の寸法比にも対応していない。さらに、これらの素子のうちの一部の素子は、単に記号的に示されているにすぎない。
101:端末100の放射コレクタオプティクス。当該放射コレクタオプティクスは、遠方の端末200から発せられるビームF1を収集することと、この遠方の端末200に向かってビーム部分F21を送信することとの、両方の役割を果たしてもよい。例えば、コレクタオプティクス101は、テレスコープであってもよい;
102:端末100の指向装置(pointing device)。当該指向装置は、精密な指向装置と、粗雑な指向装置とを組み合わせることも可能である。単純化のため、指向装置102は、高速応答向き付け可能ミラー(rapid response orientable mirror)、または、「高速ステアリングミラー(fast steering mirror)」の形態において、示されている。しかしながら、指向装置102は、端末100が搭載される衛星のための姿勢および軌道制御システムの一部と組み合わせられてもよい;
103:指向装置102の制御装置。CTRLと記されている;
104:端末100の送信光路と受信光路とを結合するための装置。この装置は、「偏波ビームスプリッタ(Polarization Beam Splitter)」の略PBSで通常は称される、偏波に基づく分離によって動作する複プリズムであってもよい。この場合において、結合装置104を通過するビーム部分に対して有効な偏波制御コンポーネントが使用されるが、それらは図示していない;
105:端末100の送信方向に関する較正装置、すなわち、ビーム部分F21の方向に関する較正装置。この装置105は、任意選択的(optional)なものであり、本発明と直接接続しているものではない。装置105には、可変方向ミラーが含まれてもよい;
106:較正装置105のための制御装置。当該制御装置は、端末100の送信方向を調整するためのものである;ならびに、
110:端末100によって遠方の端末200へ送信したレーザ信号のソースである。当該ソースは、Txと記されている。
ビームF2を生成するソース110の波長:約1552nm、より一般的には、1550nm~1555nm;
較正放射ビームFSを生成する増幅された自然放出の放射のスペクトル範囲:1530nm未満から1560nm超まで;
ビームF1を構成する端末100が受信したレーザ信号の波長:約1542nm、より一般的には、1540nm~1545nm;および、
外部のソース200から端末100が受信するビーコン信号の波長:約1590nm。
Claims (12)
- レーザ信号による光通信用の端末(100)であって、
検出面(S)内における行と列との交点に感光素子が配置された、マトリクスイメージセンサタイプの追尾および捕捉検出器(2)を備え、
前記端末(100)は、前記端末の使用中に、前記端末に対して外部にあるソース(200)によって発せられた第1レーザ信号を受信し、第2レーザ信号を外部の前記ソースに送信するように構成され、さらに、前記第1レーザ信号の一部と前記第2レーザ信号の一部とが、前記追尾および捕捉検出器(2)の前記検出面(S)に入射するように構成されており、
前記端末(100)は、前記端末の前記使用中に、前記第1レーザ信号の別の一部を、光ファイバ(1)の入力端部(E)を通じて前記光ファイバに注入するようにさらに構成されており、
前記端末は、前記使用中に、
較正放射と称される放射が、前記光ファイバ(1)内で導かれて前記光ファイバの前記入力端部(E)を通じて出、
前記光ファイバ(1)の前記入力端部(E)の像が、前記較正放射を用いて、前記追尾および捕捉検出器(2)の前記検出面(S)上に形成される
ように適合されており、
前記端末(100)は、少なくとも1つのスペクトルフィルタリング素子(22)をさらに備え、
少なくとも1つの前記スペクトルフィルタリング素子(22)は、少なくとも、前記追尾および捕捉検出器(2)の前記検出面(S)に到達する前記第2レーザ信号の前記一部と前記較正放射とが、少なくとも1つの当該スペクトルフィルタリング素子を通過するように配置されており、
少なくとも1つの前記スペクトルフィルタリング素子が前記第2レーザ信号の波長に対して有する透過率値は、前記追尾および捕捉検出器のスペクトル検出区間において前記較正放射に関して有効な少なくとも1つの前記スペクトルフィルタリング素子の平均透過率値よりも低い、端末(100)。 - 前記第2レーザ信号の前記波長に対する少なくとも1つの前記スペクトルフィルタリング素子(22)の前記透過率値は、前記追尾および捕捉検出器の前記スペクトル検出区間において前記較正放射に関して有効な少なくとも1つの前記スペクトルフィルタリング素子の前記平均透過率値の100分の1未満である、請求項1に記載の端末(100)。
- 少なくとも1つの前記スペクトルフィルタリング素子(22)は、多層干渉タイプフィルタである、請求項1または2に記載の端末(100)。
- 少なくとも1つの前記スペクトルフィルタリング素子(22)は、帯域阻止タイプフィルタであり、
少なくとも1つの前記スペクトルフィルタリング素子(22)は、
前記第2レーザ信号の前記波長が少なくとも1つの前記スペクトルフィルタリング素子の阻止区間の内にあり、かつ、
前記較正放射の少なくとも1つの波長が前記阻止区間の外にある
ように適合されている、請求項1~3のいずれか一項に記載の端末(100)。 - 少なくとも1つの前記スペクトルフィルタリング素子(22)は、前記第1レーザ信号の波長が前記阻止区間の外にあるようにさらに適合されている、請求項4に記載の端末(100)。
- 前記端末は、前記端末の前記使用中に、外部の前記ソース(200)からのビーコン信号を受信するようにさらに構成されており、
前記端末は、前記ビーコン信号の一部が前記追尾および捕捉検出器(2)の前記検出面(S)に入射するように適合されており、
少なくとも1つの前記スペクトルフィルタリング素子(22)は、前記ビーコン信号の波長もまた前記阻止区間の外にあるようにさらに適合されている、請求項4または5に記載の端末(100)。 - 前記第1レーザ信号の波長に対する感度を有し、かつ、前記入力端部(E)とは反対側にある前記光ファイバ(1)の出力端部に光学的に結合された受信光検出器(11)であって、前記端末(100)が受信する前記第1レーザ信号に応じた受信電気信号を生成する受信光検出器(11)と、
前記第1レーザ信号に対して有効であり、かつ、前記光ファイバ(1)の前記入力端部(E)と前記受信光検出器(11)との間における前記第1レーザ信号の前記別の一部の光路上に位置する光増幅器(3)と、
をさらに備え、
前記光増幅器(3)は、前記端末(100)の前記使用中に、増幅された自然放出放射を生成し、
増幅された前記自然放出放射の一部は、前記光ファイバ(1)の前記入力端部(E)を通じて出ることによって、前記較正放射を構成している、請求項1~6のいずれか一項に記載の端末(100)。 - 前記端末の前記使用中に、
前記第1レーザ信号の前記波長が、1540nm~1545nmであり、
前記第2レーザ信号の前記波長が、1550nm~1555nmであり、かつ、
前記較正放射のスペクトル範囲が、1530nm~1560nmに及ぶ区間を含む
ように適合されている、請求項1~7のいずれか一項に記載の端末(100)。 - 前記端末の前記使用中に、
前記第1レーザ信号の前記波長が、1540nm~1545nmであり、
前記第2レーザ信号の前記波長が、1550nm~1555nmであり、かつ、
前記較正放射のスペクトル範囲が、1530nm~1560nmに及ぶ区間を含む
ように適合されており、
少なくとも1つの前記スペクトルフィルタリング素子(22)の前記阻止区間は、1550nm~1575nmである、請求項4に記載の端末(100)。 - 前記端末の前記使用中に、
前記第1レーザ信号の前記波長が、1540nm~1545nmであり、
前記第2レーザ信号の前記波長が、1550nm~1555nmであり、かつ、
前記較正放射のスペクトル範囲が、1530nm~1560nmに及ぶ区間を含む
ように適合されており、
前記端末の前記使用中に、
前記ビーコン信号の前記波長が、1580nm~2000nmである
ようにさらに適合されている、請求項6に記載の端末(100)。 - レーザ信号による光通信用の端末(100)を設ける工程、
ここで、当該端末(100)は、検出面(S)内における行と列との交点に感光素子が配置された、マトリクスイメージセンサタイプの追尾および捕捉検出器(2)を備え、前記端末は、前記端末の使用中に、
前記端末(100)に対して外部にあるソース(200)によって発せられた第1レーザ信号を受信し、
前記第1レーザ信号の一部を前記追尾および捕捉検出器(2)の前記検出面(S)へ向け、
前記第1レーザ信号の別の一部を、光ファイバ(1)の入力端部(E)を通じて前記光ファイバに注入し、
第2レーザ信号を前記端末(100)の外部に送信する
ように構成される;
前記端末(100)を使用して、前記第2レーザ信号を外部の前記ソース(200)に送信する工程;ならびに、
前記第2レーザ信号が送信されている間に、
前記第2レーザ信号の一部を、前記追尾および捕捉検出器(2)の前記検出面(S)へ向け、
前記光ファイバ(1)内で導かれて前記光ファイバの前記入力端部(E)を通じて出る較正放射と称される放射を、前記追尾および捕捉検出器(2)の前記検出面(S)へ同時に向け、
前記較正放射によって、前記光ファイバ(1)の前記入力端部(E)の像を、前記追尾および捕捉検出器(2)の前記検出面(S)上に形成する工程
を含む、通信方法であって、
前記追尾および捕捉検出器(2)の前記検出面(S)へ向けられる前記第2レーザ信号の前記一部と、前記光ファイバ(1)の前記入力端部(E)の前記像を形成する前記較正放射とが、前記追尾および捕捉検出器の前記検出面に到達する前に、前記追尾および捕捉検出器による前記較正放射の検出に関して有効な前記較正放射の平均強度に対する前記第2レーザ信号の前記一部の強度の商の値を減少させる工程をさらに含む、通信方法。 - 前記光ファイバ(1)の前記入力端部(E)の前記像を形成する前記較正放射の、前記追尾および捕捉検出器による当該較正放射の検出に関して有効な前記平均強度に対する、前記追尾および捕捉検出器(2)の前記検出面(S)へ向けられる前記第2レーザ信号の前記一部の前記強度の前記商の前記値は、元の値の100分の1未満の値へと減少させられる、請求項11に記載の方法。
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