JPH07235907A - 光空間伝送装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 光空間伝送装置は、レーザ発振器１１３を光
源として用い、双方向で光空間伝送を行うものであり、
空間伝送されたレーザ光の空気の微量成分による吸収に
基づくＣ／Ｎの悪化を検出する雑音検出回路１２０と、
雑音検出回路１２０で雑音を検出したときに相手装置に
対して送るレーザ波長の変更を要求する信号を発生する
レーザ波長変更要求発生回路３０４と、相手装置から送
られてきたレーザ波長変更要求信号を検出するレーザ波
長変更要求検出回路３０１と、雑音検出回路１２０から
の雑音検出フラグ又はレーザ波長変更要求検出回路３０
１からのレーザ波長変更要求検出フラグに応じて、空気
の微量成分による吸収帯域を避けてレーザ光の波長を変
化させるレーザ波長制御回路３０３とを有する。 【効果】 高品質の光空間伝送を絶えず行うことが可能
となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、特に空間を伝播する光
ビームを媒介して所望の情報信号を伝送対象との間で送
受する光空間伝送装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、特に光源にレーザ発振器を用
い、空間を伝播するレーザビームを媒介して所望の情報
信号を伝送対象との間で送受する光空間伝送装置におい
ては、レーザ光を送信信号に応じて変調して外部に出射
すると共に、外部から入射した変調されたレーザ光を受
光して復調することによって、上記所望の情報信号の送
受を行うようにしている。

【０００３】すなわち、図１５に示すように、一方の光
空間伝送装置８１と他方の光空間伝送装置８２との間で
のレーザ光による双方向の光空間伝送は、一方の光空間
伝送装置８１（又は８２）で発生したレーザ光をレンズ
８３を介して出射し、他方の光空間伝送装置８２（又は
８１）が上記一方の装置８１（又は８２）からのレーザ
光をレンズ８３を介して受光することで実現される。

【０００４】ここで、例えば光源にレーザダイオードを
用いた光空間伝送装置においては、従来より、レーザ光
の波長として８２０ｎｍよりも長い波長が用いられてい
る。なお、波長を多重化して光空間伝送するようなもの
では、上記８２０ｎｍよりも短い波長のレーザ光を用い
るものも存在する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述したよ
うな光源にレーザ発振器を用いて長距離の信号伝送を行
う光空間伝送においては、伝送媒体である大気によって
信号伝送時のＣ／Ｎ（搬送波／雑音）が影響を受けるこ
とが知られている。この大気による影響は、主に、散乱
などに伴う減衰要因と、空気中の屈折率の揺らぎに伴う
いわゆる陽炎のようなビームダンシングなどに起因する
と考えられてきた。

【０００６】しかしながら、本件発明者等は、実際に実
験を行うことにより、上述のような散乱やビームダンシ
ング以外にも、大気若しくは長距離伝送の影響によって
雑音が著しく増加する雑音増加要因があることを明らか
にした。

【０００７】上記実験によって明らかにした雑音増加要
因の第一（第一の雑音増加要因）は、大気中の微量分子
による波長吸収スペクトルによるものである。

【０００８】例えば、図１６に示すように、大気の波長
吸収スペクトルは、光空間伝送におけるレーザ発振波長
としてよく用いられる７８０ｎｍ〜８３０ｎｍ帯におい
ても、かなりの数が見受けられる。なお、図１６には、
大気の波長吸収スペクトルのうち７７０．０ｎｍ〜８４
１．６ｎｍ付近を示している。

【０００９】ここで、光源として例えば単一縦モードの
ような単一波長で発振している半導体レーザ発振器を用
い、この半導体レーザ発振器の当該発振波長が、例えば
温度特性などに起因する発振波長シフトによって、図１
６に示す大気の波長吸収スペクトルの吸収波長と一致し
てしまった場合には、当該吸収波長によってレーザパワ
ーが減衰してＣ／Ｎが劣化することになるが、実際に長
距離光空間伝送を行うと、上記吸収による光パワーの減
衰によるＣ／Ｎ劣化をはるかに上回る激しい雑音の増大
が再現良く起こることが確認される。さらに、伝送信号
レベルは上記吸収に伴って減少するものであるため、伝
送信号のＣ／Ｎ比は、これらの相乗効果で著しく悪化す
ることになる。

【００１０】このような雑音を、ここでは便宜上、波長
吸収雑音と呼ぶことにする。この波長吸収雑音は、通
常、レーザ発振器の温度特性による波長シフトに伴って
生ずるので、通常は何の問題もなく伝送がなされていた
ものが、温度変化に伴ってじわじわと雑音が増えるよう
になり、しばらくこの雑音の多い状態が続いた後、また
ゆっくりと回復するような性格のものである。さらに、
この波長吸収雑音は、大気の吸収によるものであるか
ら、伝送距離が長くなればなるほど、その影響は大きく
なり、伝送距離に対して指数関数的に影響が大きくなる
性格を持つものである。

【００１１】上述したような波長吸収雑音が起こる原因
としては、次の２つのことを考えることができる。

【００１２】先ず、第一に、レーザの発振波長は、強度
変調などに伴い弱冠の揺らぎを持っており（これを一般
にはチャーピングと呼ぶ）、また、レーザ発振器の経年
変化や温度特性などによってもその波長は僅かに変化す
るものである。このため、例えば図１７に示すように、
上記吸収波長の吸収特性の肩特性にレーザの発振波長が
重なった場合には、上記レーザの波長方向の揺らぎが強
度方向の揺らぎに変換されることとなり、受信側の装置
においてそれが強度雑音として観測されるようになる。

【００１３】すなわち、光の波長と大気による減衰との
関係が図１７の図中Ｓに示すような特性となっている場
合において、レーザ光の発振波長λが当該Ｓの肩の部分
（大気の透過率が急激に落ち込む部分）にあるとき、当
該レーザ光の波長λが、揺らぎやレーザ発振器の経年変
化や温度特性などによって例えば図中Δλで示す範囲だ
け変化すると、受信側において上記Δλだけの波長λの
変化が強度方向の雑音に変換されてしまうようになる。
このようなことから、光空間伝送における送受のＣ／Ｎ
が大きく悪化することになる。

【００１４】言い換えれば、レーザの発振波長が、上記
透過率の急激に落ち込む部分である大気の吸収波長帯上
に存在していたとしても、当該レーザ光の波長の変化が
無ければ当該波長λのレーザ光の受ける損失やＣ／Ｎの
悪化は僅かであるが、当該レーザ光の波長が揺らいだり
レーザ発振器の経年変化などによって当該波長が変化す
ると、上記図１７の図中Ｓの肩部分（傾斜部分）で、上
記レーザ光の波長変動（周波数変動）が振幅変動に変換
されるようになり、これが受信側において強度雑音とし
て現れるようになる。例えば、レーザ光の波長の変動
（Δλ）が僅か０．１オングストロームの範囲内であっ
たとしても、上記Ｃ／Ｎは例えば１０ｄＢ以上変化する
ようになってしまう。

【００１５】しかも、レーザの波長の上記揺らぎの周波
数は非常に速いので、このとき発生する雑音も例えば０
〜４００ＭＨｚ若しくは５００ＭＨｚまでの白色雑音の
ような広帯域の特性を持つものとして観測されるように
なる。

【００１６】上述のようなことから、長距離の光空間伝
送時に雑音レベルが上がるのではないかと推測される。

【００１７】また、上記波長吸収雑音の発生原因として
仮定される２番目は、モード分配雑音が考えられる。こ
こでいうモード分配雑音とは、一般には次のようなもの
である。

【００１８】例えば、半導体レーザ発振器が疑似単一モ
ード発振している場合において、当該半導体レーザの出
力パワーは、トータルで同じに保たれていたとしても、
例えば図１８のＡに示すように、ある時は波長λ₀ の主
発振モードに対してより多くのパワーが分配されたり、
或いは図１８のＢに示すように、ある時は副発振モード
の方に比較的多くのパワーが分配されたりする。この図
１８のＡの状態と図１８のＢの状態は激しく移り変わる
ことがある。ただし、このようなことが起こっても、例
えば光ファイバ通信や近距離の光空間伝送のように、送
信側のレーザから出射される光パワーの全てが受信側の
受光素子に入る場合には、全く雑音成分にはならない。

【００１９】しかし、ある特定のモードのみ（例えば主
発振モードのみ）が受光素子に到達しているような場合
には、上述したように当該モードに対して分配される光
パワーは常に揺らいでいるため、当該モードの光のみを
受光して得た信号もレベルが常に変動する雑音の多いも
のとなってしまう。またここで、前記波長吸収雑音につ
いて考えてみると、大気による吸収によって主発振モー
ドだけが著しく減衰した場合には、副発振モードのみが
受光されるようになり、光空間伝送装置の受光系が波長
フィルタとして動作してしまうようになる。

【００２０】このように、波長吸収雑音の発生原因の第
２番目としては、主発振モードと副発振モードに分配さ
れる光パワーの揺らぎが、大気による吸収と相まってそ
のまま雑音成分となって現れるのではないかと推測され
る。

【００２１】上述したような波長吸収雑音の発生メカニ
ズムは、上記吸収波長の吸収特性の肩特性にレーザ発振
波長が重なった場合の雑音と、大気による吸収及びレー
ザ発振波長の揺らぎに伴うモード分配雑音のいずれであ
るか特定できていないが、これらによって発生すると考
えられる非定常的な雑音を上記波長吸収雑音と呼ぶこと
にして、この後に述べる第二の雑音増加要因とは区別す
る。

【００２２】なお、空気中の微量分子による吸収スペク
トルの存在は既に知られている。この吸収スペクトルに
ついては例えば文献「赤外線光と明白な減衰」（CCIR,R
ep.833,"Attenuation of Visible and Infrared Radiat
ion":1982)に記載されている。但し、この吸収の大きさ
については、例えば、約１オングストロームの分解能の
分光器で測定したときに、秋の晴れた日に約１０Ｋｍの
大気を通過後も最大３ｄＢ程度なので、１Ｋｍ〜２Ｋｍ
程度の伝送を行う地上用の光空間伝送装置においては、
上記吸収スペクトルの存在についてさほど重要視されて
いなかった。また、実際問題として、光空間伝送におい
て使用している光の波長が、上記吸収帯域上になる確率
はそれほど高くないので、当該光空間伝送のシステムと
しても、上記吸収スペクトルの存在は等閑視されてき
た。すなわち、上記レーザ光の波長帯域が上記吸収スペ
クトルと同じ波長帯に属する波長であったとしても、上
記吸収スペクトルとレーザ光の波長帯とでは僅かに違っ
ているため、上記レーザ光に対して上記吸収スペクトル
が悪影響を及ぼすとは考えられていなかった。

【００２３】次に、第二の雑音増加要因として、長距離
の光空間伝送において上述したような複数モードで発振
するレーザ発振器を用いた場合には、定常的に発生する
雑音があることを本件発明者等は確認している。この定
常的に発生する雑音の発生原因も、前述したレーザ発振
器の発振モード分配にあると考えられる。

【００２４】すなわち、長距離の光空間伝送において
は、図１９のように受け手側の装置の受光レンズ（前記
レンズ８３）の大きさに対して、相手方の装置に到達す
る光ビームＢＤの径は一般に拡がるようになり、しか
も、その光ビームＢＤの内部の光軸に直交する同一平面
上では大気中の屈折率の揺らぎなどによって波動の強度
が空間的に変化し、いわゆる干渉縞のような光強度の異
なる部分が形成されるようになる。したがって、受け手
側の装置は、上記干渉縞のような光強度の異なる部分の
うちの例えば明部ｂｐ（干渉縞の明るい部分に相当す
る）のみを受光素子で受光するというようなことが増え
る。言い換えれば、長距離伝送後の受けて側の装置は、
干渉縞の一部（明部ｂｐ）のみしか受光しないことにな
り、結果的に波長フィルタとして働いている。なお、図
１９の図中斜線で示す部分ｄｐは干渉縞の暗部に相当す
るものである。

【００２５】ところが、干渉縞は一般に波長の関数で形
成されるので、上記光ビームＢＤのうちの上記受け手側
の装置の受光素子で受光している部分が、レーザの主発
振モードにとっては干渉縞の明部ｂｐに対応していたと
しても、主発振モードとは波長が異なる副発振モードに
とっては干渉縞の暗部ｄｐに対応してしまうこともあり
得る。このような場合に、著しい雑音が定常的に観測さ
れ、受光される信号のＣ／Ｎが非常に悪くなる。

【００２６】ここではこのような雑音を定常的なモード
分配雑音と呼び、この定常的に発生するモード分配雑音
を第二の雑音増加要因として、先に述べた波長吸収雑音
の原因ではないかと考えられるレーザ発振波長のゆらぎ
に伴うモード分配雑音とは区別している。この定常的に
発生するモード分配雑音は、レーザ発振器が完全に単一
モードで安定して発振している場合や、完全にマルチモ
ード発振している場合には観測されないが、その中間の
疑似単一モード発振している場合に顕著に観測されるも
のである。

【００２７】なお、半導体レーザ発振器は、構造的に利
得導波型レーザと屈折率導波型レーザとに分けられる
が、上記利得導波型レーザは疑似単一モード発振するた
め、上述のような定常的に発生するモード分配雑音を生
じ易い。また、通常は単一モードで発振する屈折率導波
型レーザも、低出力で動作させた場合や、モード競合
（出力モードが次のモードに移り変わろうとするときに
生ずる過渡的な不安定状態）などによりモード分配雑音
を生ずる場合がある。

【００２８】次に、第三の雑音増加要因としては、上記
第一の雑音増加要因又は第二の雑音増加要因による雑音
が戻り光により誘起されることを挙げることができる。

【００２９】すなわち、光空間伝送においては、常に相
手装置に到達するビームは揺らいでいるから、当該相手
装置のレンズ面若しくは受光素子面などによって反射し
て戻ってくる戻り光の強度も常に大きく変動している。
例えば、半導体レーザ発振器は、一般的に、戻り光の存
在によって、発振する縦モードが飛んだり、複数モード
発振することがよく起こる。

【００３０】したがって、光空間伝送のように常に戻り
光の状態が変わるようなときには、戻り光に弱い半導体
レーザ発振器は安定した単一モード発振を保てず、頻繁
にモード競合やモードホッピングを繰り返すことにな
る。例えば、モード競合が発生した場合には前述したよ
うなモード分配雑音の原因ともなるし、また、競合して
いるモードのいずれかが大気の吸収波長と一致している
場合には先に述べたような波長吸収雑音の原因となる。
この戻り光による誘起雑音は、突然のモードホッピング
により波長吸収雑音を生じたりするので、現象としては
突然雑音が生じ、また突然回復するといった不安定状態
として観測される。

【００３１】本件の発明者は、以上述べたような各雑音
増加要因が長距離光空間伝送時に致命的な問題となり得
るほどの雑音増加につながることを、実際に実験を行う
ことによって確認している。

【００３２】上述したように、従来の光空間伝送装置に
おいては、上記雑音増加要因によって高品質の光空間伝
送ができなくなる場合が発生し、したがって、高品質の
光空間伝送を絶えず行えることが望まれる。すなわち、
上述のような雑音増加要因による雑音の発生を避ける必
要がある。

【００３３】そこで、本発明は、上述したようなことに
鑑み、光空間伝送の際に雑音の発生を避けることがで
き、高品質の光空間伝送を絶えず行うことができる光空
間伝送装置を提供することを目的とするものである。

【００３４】

【課題を解決するための手段】本発明の光空間伝送装置
は、上述の目的を達成するために提案されたものであ
り、レーザ発振器を光源として用い送信信号に応じて当
該レーザ光を変調して外部に出射することにより送信を
行う送信手段と、外部から入射した変調されたレーザ光
を受光すると共に当該レーザ光の受光信号を復調して受
信信号を得る受信手段とを有し、レーザ光を用いた光空
間伝送を行う光空間伝送装置であり、空間伝送されたレ
ーザ光の空気の微量成分による吸収に基づく信号対雑音
比の劣化を検出する信号対雑音比劣化検出手段と、上記
信号対雑音比劣化検出手段での検出により得られる信号
対雑音比劣化検出信号に基づいて、上記空気の微量成分
による吸収帯域を避けるように上記レーザ光の波長を変
化させる制御を行うレーザ光波長制御手段とを設けるこ
とを特徴とするものである。

【００３５】ここで、本発明の光空間伝送装置では、送
信手段からは自己の信号対雑音比劣化検出手段により検
出した信号対雑音比劣化検出信号を相手方に送信し、受
信手段では相手方が送信した信号対雑音比劣化検出信号
を受信し、自己のレーザ光波長制御手段は上記相手方か
ら伝送されてきた信号対雑音比劣化検出信号に基づいて
上記レーザ光の波長を変化させる制御を行うようにして
いる。また、上記信号対雑音比劣化検出手段は、空間伝
送されたレーザ光の受信信号の周波数帯域のうち、送信
信号及び受信信号の搬送周波数を除く周波数帯域を用い
て、上記信号対雑音比の劣化を検出するようにしてい
る。

【００３６】また、本発明の光空間伝送装置には、上記
レーザ発振器の駆動電流に対するバイアス電流を発生す
るバイアス電流発生手段を設け、上記レーザ光波長制御
手段は、上記信号対雑音比劣化検出信号に応じて上記バ
イアス電流発生手段を制御することによって上記レーザ
光の波長を変化させる制御を行う。さらに、本発明の光
空間伝送装置には、上記レーザ発振器の温度を変化させ
るレーザ発振器温度調整手段を設け、上記レーザ光波長
制御手段は、上記信号対雑音比劣化検出信号に応じて上
記レーザ発振器温度調整手段を制御することによって上
記レーザ光の波長を変化させる制御を行う。またさら
に、本発明の光空間伝送装置には、上記レーザ発振器温
度調整手段と上記バイアス電流発生手段とを共に設け、
上記レーザ光波長制御手段は、上記信号対雑音比劣化検
出信号に基づいて、上記レーザ発振器温度調整手段を制
御することにより上記レーザ光の波長を大きく変化させ
る制御を行い、上記バイアス電流発生手段を制御するこ
とにより上記レーザ光の波長を微小に変化させる制御を
行う。ここで、上記レーザ発振器として半導体レーザ発
振器を用いた場合、上記レーザ発振器温度調整手段は、
当該半導体レーザ発振器の周辺温度の経時変化を監視
し、この周辺温度の経時変化の情報に基づいて、上記半
導体レーザ発振器の温度を上昇させるか若しくは下降さ
せるかの判断を行うようにする。

【００３７】

【作用】本発明の光空間伝送装置によれば、空間伝送さ
れたレーザ光の空気の微量成分による吸収に基づく信号
対雑音比の劣化を検出し、その信号対雑音比劣化検出信
号に応じて空気の微量成分による吸収帯域を避けるよう
にレーザ光の波長を変化させることで、レーザ光が空気
の微量成分によって吸収されることを防ぐようにしてい
る。

【００３８】また本発明によれば、自己方のレーザ光波
長制御手段は、相手方から送られてきた信号対雑音比劣
化検出信号に基づいて自己の発するレーザ光の波長を制
御することで、実際の伝送時の空気の微量成分による吸
収に対応している。

【００３９】また、本発明によれば、信号対雑音比の劣
化を検出する周波数帯域を、送信信号及び受信信号の搬
送周波数を除く周波数帯域とすることで、送信信号及び
受信信号の影響を除去している。

【００４０】さらに、本発明では、信号対雑音比劣化検
出信号に応じてレーザ発振器の温度を変化させること、
及び／又は、信号対雑音比劣化検出信号に応じてレーザ
発振器の駆動電流に対するバイアス電流を制御すること
によって、レーザ光の波長を変化させるようにしてお
り、レーザ発振器の温度を変化させることでレーザ光の
波長を大きく変化させ、バイアス電流を制御することで
レーザ光の波長を微小に変化させるようにしている。

【００４１】またさらに、本発明の光空間伝送装置によ
れば、半導体レーザ発振器の周辺温度の経時変化を監視
することで、半導体レーザ発振器の発振波長の経時変化
を推定することが可能となる。

【００４２】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
ながら説明する。

【００４３】先ず、本発明実施例の光空間伝送装置は、
前述した図１５に示したような双方向の光空間伝送装置
に適用される。

【００４４】本発明実施例の光空間伝送装置の主要構成
要素は図１に示すようになっている。この図１には、双
方向の光空間伝送を行う一方の内部構成のみを示してい
るが、他方の光空間伝送装置の内部構成も同様である。

【００４５】この図１において、送信信号は送信信号処
理回路１１１によって形成され、この送信信号がドライ
バ１１２に送られる。当該ドライバ１１２は、上記送信
信号に応じてレーザ発振器１１３を駆動することによ
り、当該レーザ発振器１１３から上記送信信号に応じて
変調されたレーザ光を出射させる。

【００４６】当該レーザ発振器１１３から出射されたレ
ーザ光は、レンズ１１５Ａによって平行光線になされ、
さらに偏光ビームスプリッタ１１６を透過した所定偏光
面のレーザ光がレンズ１１５Ｂ及び１１５Ｃを介するこ
とにより、略平行の所定のビーム形状となされて空間に
出射される。この空間に出射された光が、送信側の光空
間伝送装置から出射される送信光ビームＬ１となる。な
お、上記レンズ１１５Ｃが図１５のレンズ８３と対応し
ている。

【００４７】これに対し、受信側の光空間伝送装置で
は、送信側の光空間伝送装置から到来する送信光ビーム
を、当該受信側の光空間伝送装置のレンズ１１５Ｃ及び
１１５Ｂを介して取り込んで、偏光ビームスプリッタ１
１６に導く。

【００４８】ここで、上記送信側と受信側の光空間伝送
装置においてそれぞれ送受する光ビーム、すなわち一方
の光空間伝送装置が送信する光ビームと他方の光空間伝
送装置が送信する光ビームとでは、上記偏光面が互いに
直交するようになされている。したがって、受信側の光
空間伝送装置にて受信された受信光ビームＬ２は、上記
偏光ビームスプリッタ１１６の反射面にて反射されて、
レンズ１１５Ｄに導かれる。

【００４９】当該レンズ１１５Ｄは、上記受信光ビーム
Ｌ２をフォトダイオードからなる受光素子１１７の受光
面上に集光する。上記受光素子１１７では、上記集光さ
れた受信光ビームＬ２を受光して電気信号に変換（Ｏ／
Ｅ変換）する。この受光素子１１７からの電気信号は、
プリアンプ１２５によって増幅され、ＡＧＣ（Automati
c Gain Control）回路１１８に送られる。このＡＧＣ回
路１１８で所定のレベルに利得が自動調整された信号
は、受信信号処理回路１１９によって復調されて受信信
号として取り出される。

【００５０】ここで、本発明実施例の光空間伝送装置で
は、前述した雑音増加要因による雑音の発生を避けるた
めに、以下の構成を有している。

【００５１】すなわち本発明実施例の光空間伝送装置
は、前述した雑音増加要因による雑音の発生を避けるた
めに、図１に示すように、空間伝送されたレーザ光の空
気の微量成分による吸収に基づく信号対雑音比（Ｓ／
Ｎ）の劣化を検出する信号対雑音比劣化検出手段として
の雑音検出回路１２０と、上記雑音検出回路１２０から
の雑音検出フラグに基づいて、上記空気の微量成分によ
る吸収帯域を避けるように上記レーザ光の波長を変化さ
せるレーザ光波長制御手段としてのレーザ波長制御回路
３０３とを有してなるものである。

【００５２】以下、本実施例の光空間伝送装置に設けら
れた上記雑音増加要因による雑音の発生を避けるための
各構成とその役割について順に説明する。

【００５３】本発明は、従来技術の問題点で述べたよう
に、長距離伝送時に発生する雑音の回避が目的であるか
ら、先ず、受信した信号に本来のレベル以上の雑音が発
生するかどうかを監視するようにして、この雑音がある
一定レベル以上になったならば上記雑音増加要因によっ
て雑音が発生増加したと考え、レーザ発振波長を変更し
てその動作条件を変えることにより、当該雑音の増加を
回避しようというのが根幹にある発想である。

【００５４】ここで、前述したような雑音増加要因によ
る雑音スペクトルは、図２のＢに示すような０〜４００
ＭＨｚ若しくは５００ＭＨｚ程度までの帯域を持つ雑音
である。したがって、例えば１００ＭＨｚ近辺で、搬送
波（例えばそれぞれ周波数の異なる伝送チャンネルｃｈ
１〜ｃｈ４の搬送波）の無い周波数域を選び、この選ん
だ帯域（すなわち雑音検出領域）における雑音の増加を
検出することで、前記雑音増加要因による雑音の増加を
知ることができることになる。本発明実施例では上記雑
音検出領域の雑音の増加を検出する周波数として例えば
８０ＭＨｚ近辺を使用するようにしている。なお、図２
のＡには、比較のために上記雑音増加要因に起因する雑
音のない通常の伝送時の雑音レベルＮＬ１及び、伝送チ
ャンネルｃｈ１〜ｃｈ４の搬送波のレベルＣＬと雑音の
レベルＮＬ１との比（Ｃ／Ｎ）を示している。この図２
のＡに対して、上記通常伝送時の雑音レベルＮＬ１より
も大きい雑音が発生すると、図２のＢに示すように、０
〜４００ＭＨｚ若しくは５００ＭＨｚ程度までの帯域に
おいて図中矢印ＮＵに示すように雑音レベルが増加（雑
音レベルＮＬ２となる）し、このためＣ／Ｎが悪化する
ようになる。このように、光空間伝送における送受のＣ
／Ｎが大きく悪化することは、すなわち結果的にＳ／Ｎ
が劣化することに他ならない。

【００５５】本発明実施例の光空間伝送装置において
は、上述のような吸収スペクトルの悪影響によるＣ／Ｎ
の悪化（すなわちＳ／Ｎの劣化）を、図１の雑音検出回
路１２０によって検出するようにしている。

【００５６】図１及び図３を用いて、上記雑音検出回路
１２０の具体的な構成について説明する。この図１及び
図３において、送信側からの送信光ビームを受光するフ
ォトダイオードからなる受光素子１１７からの電気信号
は、プリアンプ１２５によって増幅され、さらにＡＧＣ
回路１１８を介して、雑音検出回路１２０の端子７１に
供給される。

【００５７】図３に示すように、端子７１に供給された
信号は、バンドパスフィルタ１３０に送られる。当該バ
ンドパスフィルタ１３０は、上記電気信号から、光空間
伝送での信号送受信に用いる図２の各伝送チャンネルｃ
ｈ１〜ｃｈ４の搬送周波数を除く周波数として、図２の
Ｂに示すような雑音検出領域のうちの例えば８０ＭＨｚ
近辺の周波帯域のみを通過する。なお、このバンドパス
フィルタ１３０は、雑音検出領域として５０ＭＨｚ〜１
５０ＭＨｚを通過帯域とするものを用いることもでき
る。

【００５８】上記バンドパスフィルタ１３０の出力は、
ダイオードＤ１０において安定にダイオード検波できる
レベルまでアンプ１３１によって増幅される。なお、こ
のアンプ１３１では例えば２０ｄＢ程度の増幅を行う。
なお、このアンプ１３１では６０ｄＢ程度の増幅を行う
ものを用いることもできる。当該アンプ１３１によって
十分に増幅された信号成分は、上記ダイオードＤ１０の
アノード端子に送られる。当該ダイオードＤ１０は、カ
ソード側に接続されたそれぞれ一端が接地された抵抗Ｒ
１０及びコンデンサＣ１０とでＡＭ整流検波器を構成し
ている。

【００５９】当該ＡＭ整流検波器の出力は、端子７６か
らの基準電圧Ｖｒが一方の入力端子に供給されているコ
ンパレータ１３２の他方の入力端子に送られるようにな
っている。上記基準電圧Ｖｒは、前記図２のＢの図中Ｎ
Ｕで示す背景雑音の上昇分を検出するための比較電圧で
ある。すなわち、当該基準電圧Ｖｒは、上記８０ＭＨｚ
帯域（或いは５０ＭＨｚ〜１５０ＭＨｚ帯域）のレベル
が、例えば前記通常伝送の雑音レベルＮＬ１を越えた場
合に、その旨を検出するための比較電圧である。なお、
この基準電圧Ｖｒは、前記通常伝送時の雑音レベルＮＬ
１より大きくかつ各伝送チャンネルｃｈ１〜ｃｈ４の搬
送波レベルＣＬより低い値であれば、必要とするＣ／Ｎ
悪化の検出感度に応じて任意に設定できる。

【００６０】上記コンパレータ１３２の出力が雑音検出
フラグとして出力端子７８から取り出され、図１のレー
ザ波長制御回路３０３に送られるようになる。

【００６１】なお、上記Ｃ／Ｎ悪化検出のための雑音検
出領域の周波数帯域として例えば８０ＭＨｚ帯域を用い
ると、光空間伝送での各伝送チャンネルｃｈ１〜ｃｈ４
の信号送受信に用いる上記搬送周波数帯域による影響を
除去すると共に、例えばテレビジョン電波の影響をも除
去することができる。

【００６２】次に、上記雑音検出回路１２０からの雑音
検出フラグを受けたレーザ波長制御回路３０３は、以下
のようなことを考慮して、レーザ発振器１１３の発振波
長を、予め定めた大きさ及び方向となるように制御す
る。

【００６３】ここで、上記レーザ発振波長を制御するた
めに用いる上記大きさ及び方向の情報は、以下のように
して予め求めている。

【００６４】先ず、図４に示すように、連続スペクトル
を持つ黒体輻射を行っている太陽６３からの光を大気を
通して観測することにより、実際の大気での吸収の様子
を調べておく。すなわち、上記レーザ光の波長を制御す
るためのデータを得るために、連続スペクトルを持つ例
えば太陽６３のような光源の光を太陽儀６２によって受
光し、この太陽儀６２の出力を分光器６０によって分光
することで、この分光器６０の表示部６１において図５
に示すような吸収スペクトルのデータを得ることができ
る。

【００６５】このとき、吸収スペクトルとして、大気中
の光空間伝送に大きな影響をもつのは、空気中の微量成
分のうちの例えば二酸化炭素と水蒸気であり、例えば約
８３０ｎｍの波長のレーザ光を発生するレーザ発振器の
当該発振波長に関係するのは、特に上記水蒸気による吸
収である。

【００６６】すなわち、当該水蒸気の基本吸収スペクト
ルは、Ｋ＝１３００（１／ｃｍ）〜１９００（１／ｃ
ｍ）にあり、これらの８倍周波数の吸収が１０００００
００／（８＊Ｋ） （ｎｍ）で表され、これらがそれぞ
れ９６２ｎｍ〜６５８ｎｍの波長に相当する。図５に
は、この９６２ｎｍ〜６５８ｎｍのうち、上記レーザ発
振波長の８３０ｎｍ近辺として８２１．６ｎｍ〜８４
１．６ｎｍ付近のみ示している。

【００６７】なお、この水蒸気の吸収スペクトルのうち
の８３０．１２ｎｍの吸収によるレーザ光への妨害は、
例えば図６及び図７に示すようになる。この図６及び図
７では、送受信号としてビデオ信号を用い、図６には実
際の測定周波数を、図７には信号スペクトルと上記吸収
スペクトルによる妨害の状態を示している。また、７の
（ａ）はビデオ信号のＳ／Ｎが約５０ｄＢの場合を、図
７の（ｂ）はビデオ信号のＳ／Ｎが約５５ｄＢの場合
を、図７の（ｃ）はビデオ信号のＳ／Ｎが約６３ｄＢの
場合を示している。

【００６８】図１の本発明実施例の光空間伝送装置で
は、上述のようにして予め測定した空気中の微量成分に
よる吸収スペクトルの情報を、上記レーザ波長制御回路
３０３に内蔵される後述するＣＰＵ（中央処理ユニッ
ト）の内部記憶メモリが保持している。

【００６９】したがって、当該レーザ波長制御回路３０
３は、上記雑音検出回路１２０からの雑音検出フラグを
受けると、上記予め測定した吸収スペクトルを避けるよ
うな発振波長のレーザ光を発生させるように上記レーザ
発振器１１３を制御する。これにより、レーザ発振器１
１３からのレーザ光は、上記吸収スペクトルによる悪影
響を避けることができるようになる。

【００７０】なお、上述の例では水蒸気について述べて
いるが、二酸化炭素や他の空気中の微量成分における吸
収スペクトルを測定すれば、上述同様にこれらの吸収ス
ペクトルによる悪影響を避けることができる。

【００７１】次に、本実施例では、上記レーザ発振器１
１３の発振波長制御を以下のようにして実現している。

【００７２】先ず、上記レーザ発振器１１３として、例
えば半導体レーザ発振器（レーザダイオード）を用いた
場合のレーザ光波長制御を実現する具体的構成につい
て、図８を用いて説明する。なお、この図８には、レー
ザ波長制御回路３０３の要部の構成と共に、前記図１の
レーザ発振器１１３の内部構成及びドライバ１１２の一
部の構成も同時に示している。

【００７３】この図８において、当該レーザダイオード
は、レーザパッケージ５２内に半導体レーザ素子ＬＤ
と、レーザパワーモニタ用のフォトダイオードＰＤとを
内蔵するものである。また、ドライバ１１２は、図１の
送信信号処理回路１１１からの送信信号が供給される端
子４０と、送信信号通過用のコンデンサＣ１と、このコ
ンデンサＣ１を介した端子４０からの送信信号がベース
端子に供給されると共にエミッタ端子が抵抗Ｒ１を介し
た定電圧源（−Ｖｃボルト）と接続されたＮＰＮ型トラ
ンジスタＴｒとを有するものである。上記トランジスタ
Ｔｒのコレクタ端子が半導体レーザ素子ＬＤと接続され
ることにより、当該半導体レーザ素子ＬＤは上記送信信
号に応じて変調駆動されるようになる。

【００７４】上記レーザパッケージ５２内のフォトダイ
オードＰＤは、カソード端子が接地されている。また、
フォトダイオードＰＤのアノード端子は、レーザ波長制
御回路３０３の分圧抵抗Ｒ４，Ｒ５によって分圧され更
に抵抗Ｒ３を介した電圧値が供給されるコンパレータ４
６の一方の入力端子と接続されている。当該コンパレー
タ４６の他方の入力端子には、端子４７からの後述する
基準電圧Ｖｒｐが供給されるようになっている。

【００７５】当該コンパレータ４６の出力は、帰還抵抗
Ｒ２を設けた反転増幅器４５に送られ、この反転増幅器
４５の出力が上記トランジスタＴｒのベース端子へのバ
イアス電流となっている。

【００７６】ところで、レーザ発振器としてレーザダイ
オードを用いた場合において、そのレーザ波長とトラン
ジスタＴｒの駆動電流値との関係は、例えば、電流値が
６０ｍＡのとき波長が８２９．４ｎｍ、電流値が６５ｍ
Ａのとき波長が８２９．５ｎｍ、電流値が７０ｍＡのと
き波長が８２９．５ｎｍ、以下同様に電流値が８０ｍＡ
のとき波長が８２９．６ｎｍ、電流値が８８ｍＡのとき
波長が８３２．２ｎｍ、電流値が９０ｍＡのとき波長が
８３２．３ｎｍのように変化するものとなっている。す
なわち、当該レーザダイオードは、トランジスタＴｒの
駆動電流値によって波長が変化することになる。したが
って、トランジスタＴｒへの駆動電流に対するバイアス
電流を調整すれば、レーザ波長を変更することが可能と
なる。

【００７７】本実施例の光空間伝送装置では、このよう
にレーザダイオードを駆動するトランジスタＴｒへのバ
イアス電流を調整することで、レーザ光の波長を変更す
るようにしており、このバイアス電流が、上記レーザ波
長制御回路３０３からのレーザ波長制御のための制御信
号ＷＣＩとなっている。ここで、上記バイアス電流を調
整するための基準電圧Ｖｒｐは、例えば、当該レーザ波
長制御回路３０３に内蔵されるＣＰＵが前記内部記憶メ
モリに保持している空気中の微量成分による吸収スペク
トルの情報に基づいて、生成されるものである。

【００７８】上述のように、本発明実施例の光空間伝送
装置において、レーザ発振器に図８のようなレーザダイ
オードを用いた場合には、レーザ波長制御回路３０３の
ＣＰＵが保持している空気中の微量成分による吸収スペ
クトルの情報に基づいて生成された基準電圧Ｖｒｐと、
上記フォトダイオードＰＤの検出電圧とをコンパレータ
４６で比較した比較結果に応じて、上記トランジスタＴ
ｒのバイアス電流を調整することによって、大気の吸収
スペクトルによる悪影響を避けるようなレーザ発振波長
制御を実現している。

【００７９】また、一般に、レーザダイオードの光出力
が一定に保たれている場合において、当該レーザダイオ
ードのレーザパッケージ５２或いはレーザパッケージ５
２の回りの温度と当該レーザ発振波長との関係は、例え
ば図９に示すようなヒステリシスループＨｔをとること
が実験によって確認されている。すなわち、レーザダイ
オードには、温度が上がれば上がるほど発振波長も上昇
し、逆に下がれば発振波長も下降するという傾向があ
り、温度上昇方向と下降方向でモードホッピングにヒス
テリシスがある。この図９の例では、温度が１０°Ｃか
ら６０°Ｃまで変化するうちに、レーザダイオードのレ
ーザ波長は約８１８ｎｍから約８３０ｎｍまで変化す
る。

【００８０】したがって、このレーザダイオードの周辺
温度を調整すれば、レーザ発振波長を変更することが可
能となる。本実施例の光空間伝送装置では、このように
レーザダイオードの温度を調整することで、レーザ光発
振波長を変更するようにもしている。

【００８１】このような温度調整によるレーザ発振波長
制御を実現するため、本実施例の光空間伝送装置のレー
ザダイオードのレーザパッケージ５２には、電流の方向
に応じて発熱／吸熱すると共に電流値に応じて発熱量と
吸熱量が変化するいわゆるペルチェ素子５１と、当該レ
ーザパッケージ５２の温度を検出する温度センサ４９と
が設けられている。また、これに対応してレーザ波長制
御回路３０３には、上記ペルチェ素子５１の発熱と吸熱
を制御するための構成も設けられている。

【００８２】上記温度センサ４９からの当該レーザパッ
ケージ５２の温度検出電圧は、レーザ波長制御回路３０
３内のコンパレータ４８の一方の入力端子に供給される
ようになっている。このコンパレータ４８の他方の入力
端子には、上記レーザ波長制御回路３０３のＣＰＵが保
持している空気中の微量成分による吸収スペクトルの情
報に基づいて生成された基準電圧Ｖｒｔが、端子５０を
介して供給されるようになっており、当該コンパレータ
４８の出力が上記ペルチェ素子５１の発熱と吸熱の制御
信号ＷＣＴとなっている。すなわち、上記レーザ波長制
御回路３０３において、上記基準電圧Ｖｒｔの値を制御
することで、上記ペルチェ素子５１での発熱／吸熱を制
御し、これにより当該レーザパッケージ５２の温度を変
更して、レーザ発振波長を変えるようにしている。

【００８３】このように、本実施例の光空間伝送装置に
おいては、温度センサ４９からのレーザパッケージ５２
の温度の検出電圧と、上記レーザ波長制御回路３０３の
ＣＰＵが保持している空気中の微量成分による吸収スペ
クトルの情報に基づいて生成された基準電圧Ｖｒｔとを
コンパレータ４８で比較し、このコンパレータ４８の出
力に応じて上記ペルチェ素子５１の発熱と吸熱を制御す
ることによっても、大気の吸収スペクトルによる悪影響
を避けるようなレーザ発振波長制御を実現している。

【００８４】上述したようなことから、本発明実施例の
光空間伝送装置においては、レーザダイオードの周辺温
度を調整することによってレーザ波長を大きく変更する
ことができ、上記バイアス電流値を調整することによっ
てレーザ波長を微小に調整できることになる。

【００８５】また、本実施例の光空間伝送装置におい
て、上述のようにしてレーザ波長を変更する際には、上
記温度センサ４９によって検出したレーザダイオードの
周辺の温度の経時変化をも監視するようにしており、こ
の温度経時変化の情報を元にして、現在のレーザの発振
波長が上昇傾向にあるか或いは下降傾向にあるかを判断
し、その上で上述のようにレーザ波長を変更するように
している。すなわち、レーザ波長制御回路３０３のＣＰ
Ｕは、温度センサ４９からの温度経時変化の情報に基づ
いて、レーザ波長を上げれば吸収波長から確実に逃げら
れるのか、或いはレーザ波長を下げたほうが良いのかを
判断するようにしている。

【００８６】ここで、例えば、温度が上昇傾向にあり、
したがってレーザ波長も上昇傾向にあると仮定したとき
に、前記図１７と同様に示す図１０のように当該レーザ
波長が大気の透過率が急激に落ち込む部分（吸収スペク
トル）に次第に近づいているような場合は、図１０の図
中矢印ａｄで示す方向にレーザ発振波長を下げることに
よって、確実に吸収スペクトラムの波長から逃れるよう
にする。また、レーザ発振波長を変更することで吸収ス
ペクトルの波長を避けるようにする際には、図１０の図
中矢印ａｕで示す方向に、当該吸収スペクトルの波長を
一気に飛び越えるようにレーザ発振波長を上げるか或い
はモードを飛ばす方が確実である場合もある。これらの
ことを前記レーザダイオードの温度調整やバイアス電流
制御によって実現することで、システムは確実に動作す
ることになる。なお、図１０には、温度上昇でレーザ発
振波長が吸収スペクトルに近づく例を示したが、温度下
降でレーザ発振波長が吸収スペクトルに近づくようにな
る場合もあり、この場合は、逆に温度が下降傾向にある
ときには、レーザ発振波長を上げて吸収スペクトラムか
ら逃れるようにするか、或いは一気にレーザ発振波長を
下げるか或いはモードを下げるようにする。

【００８７】本発明実施例の光空間伝送装置において
は、レーザ発振波長の制御の際に、これらのいずれを選
ぶ方が適当であるかは、使用しているレーザダイオード
のモードの飛びやすさや、波長シフトの傾斜に依存して
決定するようにしている。

【００８８】また、本発明実施例の光空間伝送装置で
は、図１のレーザ発振器１１３として、例えば色素レー
ザ発振器を用いることもできる。この色素レーザ発振器
を用いた場合のレーザ光波長制御を実現する具体的構成
について図１１を用いて説明する。

【００８９】この図１１において、色素レーザ発振器で
は、色素セル３１が励起用電源３０及びコイル３５によ
って励起され、この色素セル３１から放出された光か
ら、ミラー３２及び３３からなる光学的共振器によって
所定の波長帯のみが選択されて増幅されると共に、この
波長選択がなされて増幅された光が例えば半透鏡である
ミラー３３から外部にレーザ光として出力される。

【００９０】ここで、当該色素レーザ発振器を用いた光
空間伝送装置においては、上記ミラー３２及び３３から
なる光学的共振器内にプリズム３４を設け、このプリズ
ム３４の例えば角度を調整することで、当該色素レーザ
発振器のレーザ波長制御を実現するようにしている。こ
のレーザ波長制御のためのプリズム３４の角度調整は、
角度制御器３６によってなされ、当該角度制御器３６が
端子３７を介して供給される前記レーザ波長制御回路３
０３からのレーザ波長制御のための制御信号に基づいて
動作するようになっている。また、当該プリズム３４の
角度調整を行う際のレーザ波長制御回路３０３からの制
御信号は、当該レーザ波長制御回路３０３のＣＰＵが保
持している空気中の微量成分による吸収スペクトルの情
報に基づいて生成されるものである。

【００９１】このように、本実施例の光空間伝送装置
は、レーザ発振器１１３として図１１の色素レーザ発振
器を用いた場合でも、前記レーザ波長制御回路３０３に
よる波長制御が実現される。

【００９２】ところで、上述の例では、各光空間伝送装
置が自らＣ／Ｎ悪化を検出してその旨を示す雑音検出フ
ラグに基づいて自己のレーザ発振器の発振波長を制御す
る構成について説明したが、当該Ｃ／Ｎの悪化を検出し
た旨を示す信号を双方向通信し、互いに相手方から送信
されていたＣ／Ｎの悪化を検出した旨を示す信号を用い
て自己のレーザ発振器の発振波長を制御することも可能
である。このときの双方向通信するＣ／Ｎの悪化を検出
した旨を示す信号は、相手方に対してレーザ発振波長の
変更を要求する信号に他ならないため、以下この信号を
レーザ波長変更要求信号と呼ぶ。

【００９３】すなわち、本発明の光空間伝送装置は、自
己の雑音検出回路１２０により検出した雑音検出フラグ
に基づいて上記レーザ波長変更要求信号を生成し、この
レーザ波長変更要求信号を相手方の光空間伝送装置に対
して送信し、また、相手方の光空間伝送装置が送信した
レーザ波長変更要求信号を受信し、自己側で上記相手方
から伝送されてきたレーザ波長変更要求信号に応じて、
当該自己の装置から出射するレーザ光の波長を変化させ
ることも可能となっている。

【００９４】上記レーザ波長変更要求信号を双方向通信
するため、本発明実施例の光空間伝送装置は、図１に示
すように、前記雑音検出回路１２０からの雑音検出フラ
グに基づいて、レーザ波長変更要求発生回路３０４にて
上記レーザ波長変更要求信号を生成し、このレーザ波長
変更要求信号をドライバ１１２に送ることにより、送信
信号と共に上記レーザ波長変更要求信号を送信するよう
にしている。また、本実施例の光空間伝送装置は、相手
側装置から送られてきた受信信号よりレーザ波長変更要
求信号を取り出すためのレーザ波長変更要求検出回路３
０１をも有している。

【００９５】以下、上記レーザ波長変更要求信号を双方
向通信する際の、本実施例光空間伝送装置の具体的構成
について説明する。

【００９６】先ず、図１２には、上記レーザ発振器１１
３に前記レーザダイオードを用いた場合の、上記レーザ
波長変更要求信号を双方向通信する本実施例光空間伝送
装置の具体的構成を示す。なお、この図１２において、
図１と対応する構成要素には同じ指示符号を付している
が、一部の構成要素については説明を簡略化するために
図示を省略している。また、この図１２の例は、伝送信
号の搬送波が図２で示したように３００ＭＨｚ以上に配
列されている場合に対応しており、それ以下の周波数の
搬送波は使用されていない場合の例を示している。した
がって、図２とは異なる周波数配列の搬送波を使用して
いるシステムの場合は、当該搬送波のない領域のみを取
り出して雑音検出を行うことになる。さらに、本発明の
光空間伝送装置は、レーザ波長変更要求信号を双方向通
信する場合であっても、自己が検出した雑音検出フラグ
に基づいて自らがレーザ発振波長制御を行うことができ
ることは言うまでもない。

【００９７】図１２において、図１で説明したように受
光素子としてのフォトディテクタ１１７でＯ／Ｅ変換さ
れた信号は、前記ＡＧＣ回路１１８で一定のレベルに保
たれて受信信号処理回路１１９に送られるが、その一部
は、所定インダクタンスのインダクタ（コイル）２０２
を介して上記雑音検出回路１２０に送られる。ここで、
インダクタ２０２を介する理由は、前記ＡＧＣ回路１１
８の出力信号の低周波数帯域（０〜２００ＭＨｚ程度）
のよみを分離し、それ以上の前記チャンネルｃｈ１〜ｃ
ｈ４の搬送波が配置されている周波数帯については主信
号系に減衰やインピーダンス不整合などの悪影響を及ぼ
さないようにするためである。

【００９８】上記分離された低周波数帯域の信号成分
は、雑音検出回路１２０のバンドパスフィルタ１３０に
よって搬送波の無い雑音周波数成分のみが取り出され
る。なお、当該雑音検出回路１２０は、基本的には前述
した図２の構成と同じものであるが、この図１２の例の
ように構成することも可能である。上記バンドパスフィ
ルタ１３０によって取り出された雑音周波数成分は、次
のアンプ１３３に送られる。当該アンプ１３３では、供
給された雑音周波数成分の信号を例えば２０ｄＢ増幅
し、次段のローパスフィルタ１３４に送る。当該ローパ
スフィルタ１３４では例えば１５０ＭＨｚの低域通過が
行われ、その後、次段のアンプ１３５で再び増幅され
る。なお、上記アンプ１３３，１３５は、ＡＭ整流検波
器１３６の前記ダイオードＤ１０において安定にダイオ
ード検波できるレベルまで信号を増幅するために設けら
れており、合計で例えば６０ｄＢ程度の増幅を行う。

【００９９】このように十分に増幅された雑音周波数成
分は、前記図３と同様にダイオードＤ１０とコンデンサ
Ｃ１０及び抵抗Ｒ１０からなるＡＭ整流検波器１３６に
よって整流検波され、コンパレータ１３２に送られる。
当該コンパレータ１３２では、上記整流検波された雑音
周波数成分のレベルと、可変抵抗１３７により設定され
る所定のしきい値ＲＶ１のレベルとを比較することによ
り、雑音が異常に増加したかどうか、すなわちＣ／Ｎが
悪化したか否か（さらに言い換えれば結果的にＳ／Ｎが
劣化するようになるかどうか）を判断する。なお、可変
抵抗１３７のしきい値ＲＶ１（すなわち抵抗値）を可変
することで、当該Ｃ／Ｎ悪化検出の検出精度を変更する
ことができる。

【０１００】当該コンパレータ１３２の出力は、雑音を
検出したかどうかを示す雑音検出フラグであり、この雑
音検出フラグはアンプ１３８によって、例えば１００倍
に増幅されて出力される。

【０１０１】なお、上述したように雑音検出回路１２０
において上記ＡＧＣ回路１１８を通った後の信号を雑音
検波に使用する理由は、ＡＧＣ回路１１８通過後の信号
レベルは一定に保たれており、その雑音レベルは雑音の
絶対量ではなく、伝送品質に最も影響するＣ／Ｎと対応
しているからである。

【０１０２】ここで、上記雑音検出回路１２０において
雑音検出フラグが立った場合、これは何らかの原因で雑
音が異常に増加してＣ／Ｎが悪化していることを示すの
で、相手側のレーザダイオード２１の発振波長を変更さ
せて動作条件を変えさせ、雑音の多い状況から脱出する
ように要求を返さなければならない。これは、レーザダ
イオード２１の発振波長を変更して欲しいという情報を
相手装置に伝えればよいわけだから、その実現方法は色
々考えられる。

【０１０３】本実施例の光空間伝送装置においては、相
手装置に対してレーザダイオード２１の発振波長の変更
を要求する情報を発生する構成として、レーザ波長変更
要求発生回路３０４を設けている。このレーザ波長変更
要求発生回路３０４としては、図１２に示すようなＶＣ
Ｏ（Voltage Controlled Oscillator ）１５１とアナロ
グスイッチ１５２とを組み合わせてなるものが最も構成
が容易である。

【０１０４】ＶＣＯ１５１の発振周波数は、当該光空間
伝送装置間で送受する例えば映像信号などの主信号に重
畳しても信号品質に影響を及ぼさない周波数で、かつ上
記雑音検出回路１２０によっても検波されない周波数を
選択すれば十分であり、本実施例では例えば１２．８Ｍ
Ｈｚを用いるようにしている。なお、本実施例の光空間
伝送装置では、当該装置の動作に用いる基準クロックが
１２．８ＭＨｚであるので、これを流用している。

【０１０５】このＶＣＯ１５１からの発振キャリアを、
上記雑音検出回路１２０からの雑音検出フラグの有無に
より、アナログスイッチ１５２で切り換える。アナログ
スイッチ１５２は、例えば雑音検出フラグが立っている
場合のみＶＣＯ１５１からキャリアを出力する。

【０１０６】上記雑音検出フラグに応じて当該レーザ波
長変更要求発生回路３０４から出力された上記ＶＣＯ１
５１の発振キャリアは、レーザ波長変更要求信号として
ドライバ１１２に送られる。当該ドライバ１１２は、送
信信号処理回路１１１からの主信号に対して上記レーザ
波長変更要求信号を重畳し、このドライバ１１２からの
出力がレーザダイオード２１に送られる。これにより、
本実施例の光空間伝送装置では、上記雑音検出回路１２
０で雑音増加を検出して雑音検出フラグが立った場合
に、レーザダイオード２１の発振波長を変更して欲しい
という情報（すなわちレーザ波長変更要求信号）を相手
装置に伝えることができることになる。

【０１０７】なお、本実施例では、送信信号処理回路１
１１からの例えば映像信号などの主信号に対して新たに
レーザ波長変更要求を示すキャリア成分を追加する構成
を示したが、これ以外にも、例えば、オーディオ信号や
連絡用内部通信回線であるいわゆるインターカム（inte
rcom : intercommunication systemの略）などにおい
て、可聴周波数より高い例えば３０ｋＨｚ程度のキャリ
アを追加することにより、上記レーザ波長変更要求の情
報を伝えることは可能であり、またその構成方法も多数
考えられる。

【０１０８】上述のようなレーザダイオード２１の発振
波長を変更して欲しいという情報であるレーザ波長変更
要求信号を双方向通信する場合、当該双方の装置におい
ては、このレーザ発振波長の変更要求が来たことを検出
するためのレーザ波長変更要求検出回路３０１が必要と
なる。また、このように双方向でレーザ波長変更要求信
号を送受する場合、前記レーザ波長制御回路３０３は、
上記レーザ波長変更要求検出回路３０１によって検出し
たレーザ波長変更要求信号を用いて、前述した自己の雑
音検出フラグに基づくレーザ発振波長の制御と同様のこ
とを行う。

【０１０９】上記レーザ波長変更要求検出回路３０１
は、上記レーザ波長変更要求信号がどのような方法で伝
送されたかによって異なるわけであるが、例えば上述し
たように、ＶＣＯ１５１で発生したキャリアを主信号に
重畳する方法を採用している場合には図１２に示すよう
に構成される。

【０１１０】当該レーザ波長変更要求検出回路３０１
は、先ず、前記ＡＧＣ回路１１８を通った後の信号を、
アンプ１４０で増幅した後、中心周波数が上記ＶＣＯ１
５１の周波数（上記例では１２．８ＭＨｚ）と一致する
Ｑの高い（狭帯域な）バンドパスフィルタ１４１によっ
て選別する。

【０１１１】このバンドパスフィルタ１４１によって取
り出された周波数成分は、次のアンプ１４２によって増
幅された後に、ＡＭ整流検波器１４３で整流検波され
る。なお、上記アンプ１４２は、ＡＭ整流検波器１４３
のダイオードにおいて安定にダイオード検波できるレベ
ルまで信号を増幅するために設けられおり、ここでも例
えば６０ｄＢ程度の増幅を行う。

【０１１２】上記ＡＭ整流検波器１４３の出力は、コン
パレータ１４５に送られる。当該コンパレータ１４５で
は、上記整流検波された周波数成分のレベルと、可変抵
抗１４７により設定される所定のしきい値ＲＶ２のレベ
ルとを比較することにより、レーザ波長変更要求信号が
送信されてきたか否かを判断する。当該コンパレータ１
４５の出力は、レーザ発振波長を変更するかどうかを示
すフラグとして用いるので、以下レーザ波長変更要求検
出フラグと呼ぶことにする。なお、このレーザ波長変更
要求検出回路３０１においても、可変抵抗１４７のしき
い値ＲＶ２すなわち抵抗値を可変することで、その検出
精度を変更することができる。

【０１１３】なお、本実施例では、レーザ波長変更要求
検出回路３０１において、レーザ波長変更要求信号の検
出をダイオード検波回路によって実現する例を示した
が、このレーザ波長変更要求信号の検出を同期検波回路
により実現することも容易にできる。

【０１１４】次に、このレーザ波長変更要求検出フラグ
が立った場合、当該フラグは、レーザ波長制御回路３０
３に送られる。このレーザ波長制御回路３０３は、前述
した自己の雑音検出フラグに基づいてレーザダイオード
の発振波長を制御するものと同じものであるが、当該レ
ーザ波長変更要求信号を双方向通信する場合には、上記
レーザ波長変更要求検出回路３０１から供給されるレー
ザ波長変更要求検出フラグに基づいてレーザダイオード
の発振波長を制御する。

【０１１５】このときのレーザ波長制御回路３０３は、
具体的には前記図８に示したレーザ波長制御回路３０３
の主要構成要素と同じ構成の波長制御回路１６５と、上
記レーザ波長変更要求検出フラグが供給されると内部記
憶メモリに保持している空気中の微量成分による吸収ス
ペクトルの情報に基づいて前記基準電圧Ｖｒｐ，Ｖｒｔ
を生成して上記波長制御回路１６５に送るためのＣＰＵ
１６１とで、容易に実現されるものである。

【０１１６】すなわち、上記レーザ波長制御回路３０３
は、図１２に示すように、レーザ波長変更要求検出フラ
グをＣＰＵ１６１が取り込むと、当該ＣＰＵ１６１はレ
ーザダイオード２１の現在の発振波長と前記内部記憶メ
モリに保持している吸収スペクトルの情報とに基づい
て、前記ドライバ１１２のトランジスタＴｒに対するバ
イアス電流の制御信号ＷＣＩや、ペルチェ素子５１に対
する発熱と吸熱の制御信号ＷＣＴを調整するための前記
基準電圧Ｖｒｐ，Ｖｒｔを生成して、波長制御回路１６
５内の前記端子４７，５０に供給する。

【０１１７】これにより、レーザ発振器としてレーザダ
イオード２１を用いた場合で、かつレーザ波長変更要求
信号を双方向通信する場合の構成におけるレーザ発振波
長制御が実現できるようになる。

【０１１８】次に、上述した図１２は、レーザ発振器と
して前記図８同様にレーザダイオードを用いた場合の構
成を示したが、レーザ発振器として前記図１１同様の色
素レーザ発振器を用いた場合の構成は、図１３のように
なる。なお、この図１３において、前述した図１２と同
じ構成要素には同一の指示符号を付している。

【０１１９】この図１３において、図１２と異なる所
は、レーザ発振器として色素レーザ発振器２２を用いた
ことと、レーザ波長制御回路３０３が前記図１１で説明
したのと同様にしてレーザ発振波長を制御することであ
る。

【０１２０】次に、上述したような本実施例の光空間伝
送装置間でレーザ波長変更要求信号の双方向通信し、送
信されてきたレーザ波長変更要求信号に応じてレーザ波
長を変更制御する処理について、図１４のフローチャー
トを用いて説明する。なお、このフローチャートでは、
Ｃ／Ｎ悪化の検出を例えば前記図１５の光空間伝送装置
８１で行い、この光空間伝送装置８１からのレーザ波長
変更要求信号を受けた光空間伝送装置８２側でレーザ波
長の変更を行う場合について述べている。

【０１２１】この図１４において、ステップＳ１では、
例えば光空間伝送装置８１によって光空間伝送装置８２
からの送信信号を観察する。

【０１２２】ステップＳ２では、当該光空間伝送装置８
１において中心周波数８０ＭＨｚのバンドパスフィルタ
１３０の出力をＡＭ整流検波器１３６によってＡＭ検波
し、次のステップＳ３では、当該検波出力レベルとコン
パレータ１３２での前記レベル比較を行う。当該ステッ
プＳ３において、検波出力レベルがコンパレータ１３２
での基準電圧よりも小さいと判断した場合には、このス
テップＳ３での判断を繰り返し、大きいと判断した場合
にはステップＳ４に進む。なお、ステップＳ３で小さい
と判断した場合はステップＳ１に戻ることもできる。

【０１２３】ステップＳ４では、前記レーザ波長変更要
求発生回路３０４のアナログスイッチ１５２をオンする
ことにより、１２．８ＭＨｚの搬送波回路をオンすなわ
ちＶＣＯ１５１からの発振キャリアを出力し、次のステ
ップＳ５では、光空間伝送装置８２に対して、Ｃ／Ｎが
劣化したのでそれを逃れるためにレーザ波長の変更を要
求するレーザ波長変更要求信号を送る。

【０１２４】ステップＳ６では、光空間伝送装置８２に
おいて、光空間伝送装置８１からの送信光ビームを光−
電気変換器（すなわちフォトダイオード）によって電気
信号に変換し、レーザ波長変更要求検出回路３０１にお
いて当該電気信号を中心周波数１２．８ＭＨｚのバンド
パスフィルタ１４０に通す。

【０１２５】ステップＳ７では、前記ＡＭ整流検波器１
４５によってＡＭ検波を行い、次のステップＳ８におい
て当該検波出力の有無を判断する。当該ステップＳ８に
おいて検波出力が無いと判断した場合にはこの判断を繰
り返し、検波出力が有ると判断した場合にはステップＳ
９に進む。なお、上記ステップＳ８において検波出力が
無いと判断した場合にはステップＳ６に戻るようにする
こともできる。

【０１２６】ステップＳ９において、ステップＳ８での
判断で光空間伝送装置８１から１２．８ＭＨｚ成分すな
わちレーザ波長変更要求信号が送信されてきていると判
断したときには、光空間伝送装置８２のレーザ発振器か
らの光信号のノイズ成分が規定レベルよりも大きくなっ
たことを、当該光空間伝送装置８２は理解する。

【０１２７】次のステップＳ１０では、光空間伝送装置
８２において、光空間伝送時のサーボがかかり、正常な
伝送状態であることを確認後、レーザ発振器の発振波長
を変えるようにする。なお、このステップＳ１０におい
て、レーザ発振器として前記レーザダイオードを用いた
場合には前記トランジスタＴｒに対するバイアス電流値
を変えたり温度を調整したりすることによるレーザ波長
の制御を行い、前記色素レーザ発振器を用いた場合には
前記プリズム３４の角度を調整することによるレーザ波
長の制御を行う。

【０１２８】上述したように、本発明実施例の光空間伝
送装置においては、空間伝送されたレーザ光の水蒸気や
二酸化炭素等の空気の微量成分による吸収に基づくＣ／
Ｎ悪化を検出し、この検出による空気の微量成分による
吸収帯域を避けるようにレーザ光の波長を変化させてい
るため、レーザ光が空気の微量成分によって吸収される
ことを防止可能となる。

【０１２９】また、本発明実施例では、例えば、受信側
で空気の微量成分による吸収に基づくＣ／Ｎ悪化を検出
し、送信側すなわち自己方は、受信側すなわち相手方か
ら送られてきたレーザ波長変更要求信号に基づいて、自
己の発するレーザ光の波長を制御することで、実際の伝
送の際のＣ／Ｎ悪化すなわちＳ／Ｎ劣化に対応した波長
制御が可能となる。

【０１３０】また、本発明実施例では、Ｃ／Ｎの悪化を
検出する周波数帯域を、送信信号及び受信信号の搬送周
波数を除く周波数帯域として８０ＭＨｚ帯を使用するこ
とで、送信信号及び受信信号の影響と共に例えばテレビ
ジョン放送信号のような他の信号による影響を除去可能
としている。

【０１３１】さらに、本発明実施例では、レーザ発振器
がレーザダイオードである場合において、雑音検出フラ
グ及びレーザ波長変更要求フラグに応じてレーザダイオ
ードの温度を変化させること、及び／又は、ドライバ１
１２のトランジスタＴｒのバイアス電流値を制御するこ
とによって、レーザ光の波長を変化させるようにしてお
り、レーザダイオードの温度を変化させることでレーザ
光の波長を大きく変化させ、またバイアス電流を制御す
ることでレーザ光の波長を微小に変化させるようにして
いることで、レーザ波長制御の大きな変更や微小な調整
を可能としている。

【０１３２】また、本発明実施例では、レーザ発振器が
色素レーザである場合においても、Ｃ／Ｎの悪化検出に
応じてプリズム３４の角度を調整することによってレー
ザ光の波長を変化させるようにしている。

【０１３３】またさらに、本実施例の光空間伝送装置に
おいては、温度センサ４９によって検出したレーザダイ
オードの周辺の温度の経時変化をＣＰＵが監視すること
で、容易な構成にも関わらず、レーザ発振波長の経時変
化を推定することができ、したがって、より効率的に、
長距離伝送時の雑音の回避が可能となっている。

【０１３４】すなわち、上述したようなことから、本発
明実施例の光空間伝送装置においては、レーザ光の波長
に依存した雑音が原理的に避けられるようになるため、
安定かつ高品質の光空間伝送が可能となる。

【０１３５】

【発明の効果】上述したように、本発明の光空間伝送装
置においては、空間伝送されたレーザ光の空気の微量成
分による吸収に基づく信号対雑音比の劣化を検出し、こ
の検出に基づいて空気の微量成分による吸収帯域を避け
るようにレーザ光の波長を変化させる制御を行うこと
で、長距離の光空間伝送時に生じる雑音増加要因に起因
する雑音、或いはそれ以外のレーザの動作条件に起因す
るあらゆる雑音に対して、致命的な伝送品質劣化を回避
することが可能となる。

【０１３６】また、本発明においては、例えば、受信側
で空気の微量成分による吸収に基づく信号対雑音比の劣
化を検出し、送信側すなわち自己方は、受信側すなわち
相手方から送られてきた信号対雑音比劣化検出信号に基
づいて、自己の発するレーザ光の波長を制御するため、
実際の伝送に応じたレーザ波長制御が可能となる。

【０１３７】また、本発明においては、信号対雑音比劣
化を検出する周波数帯域を、送信信号及び受信信号の搬
送周波数を除く周波数帯域とすることで、送信信号及び
受信信号の影響を除去可能である。

【０１３８】さらに、本発明においては、信号対雑音比
劣化検出信号に応じてレーザ発振器の温度を変化させる
こと、及び／又は、信号対雑音比劣化検出信号に応じて
レーザ発振器の駆動電流に対するバイアス電流を制御す
ることによって、レーザ光の波長を変化させるようにし
ており、レーザ発振器の温度を変化させることでレーザ
光の波長を大きく変化させ、バイアス電流を制御するこ
とでレーザ光の波長を微小に変化させるようにしている
ことで、レーザ波長制御の大きな変更や微小な調整が可
能となる。

【０１３９】またさらに、本発明の光空間伝送装置にお
いては、半導体レーザ発振器の周辺の温度の経時変化を
監視することで、容易な構成にも関わらず、波長の経時
変化が推定でき、より効率的に、長距離伝送時の雑音の
回避が可能となる。

【０１４０】すなわち、上述したようなことから、本発
明の光空間伝送装置においては、特にレーザ光の波長に
依存した雑音が原理的に避けられるようになるため、安
定かつ高品質の光空間伝送が絶えず可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明実施例の光空間伝送装置の概略構成を示
すブロック回路図である。

【図２】長距離の光空間伝送後に雑音が増大したときの
状態について説明するための図である。

【図３】雑音検出回路の基本構成を説明するための回路
図である。

【図４】吸収スペクトルを測定するための構成を示す図
である。

【図５】測定された吸収スペクトルの一部を示す図であ
る。

【図６】測定した吸収スペクトルの実際の測定周波数を
示す図である。

【図７】吸収スペクトルによる妨害の状態を示す図であ
る。

【図８】レーザ波長を調整可能なレーザ発振器の一具体
例としてのレーザダイオードの概略構成を示す図であ
る。

【図９】レーザダイオードのレーザ発振波長と温度との
関係を示す図である。

【図１０】大気の吸収スペクトラムを避ける方法につい
て説明するための図である。

【図１１】レーザ波長を調整可能なレーザ発振器の他の
具体例としての色素レーザ発振器の概略構成を示す図で
ある。

【図１２】レーザ発振器としてレーザダイオードを用
い、レーザ波長変更要求信号を双方向通信する場合の光
空間伝送装置の詳細な構成を示すブロック回路図であ
る。

【図１３】レーザ発振器として色素レーザ発振器を用
い、レーザ波長変更要求信号を双方向通信する場合の光
空間伝送装置の詳細な構成を示すブロック回路図であ
る。

【図１４】本実施例の光空間伝送装置間におけるレーザ
波長変更要求信号の双方向通信と相手方から送信されて
きたレーザ波長変更要求信号に応じた自己側でのレーザ
光波長制御の様子を説明するためのフローチャートであ
る。

【図１５】光空間伝送装置間での光空間伝送の状態を説
明するための図である。

【図１６】大気による太陽光の吸収波長スペクトラムを
示す図である。

【図１７】大気の吸収波長スペクトラムにより雑音が増
大するメカニズムについて説明するための図である。

【図１８】半導体レーザ発振器におけるモード分配雑音
の発生の原因を説明するための図である。

【図１９】長距離の光空間伝送時の装置による波長フィ
ルタリング効果について説明するための図である。

【符号の説明】

２１ レーザダイオード ２２ 色素レーザ発振器 ３１ 色素セル ３２，３３ ミラー ３４ プリズム ３６ 角度制御器 ４５ 反転増幅器 ４８，４６，１３２，１４５ コンパレータ ４９ 温度センサ ５１ ペルチェ素子 ５２ レーザパッケージ ６０ 分光器 ６１ 表示部 ６２ 太陽儀 １１１ 送信信号処理回路 １１２ ドライバ １１３ レーザ発振器 １１５Ａ〜１１５Ｄ レンズ １１６ 偏光ビームスプリッタ １１７ フォトダイオード １１８ ＡＧＣ回路 １１９ 受信信号処理回路 １２０ 雑音検出回路 １２５ プリアンプ １３０，１４１ バンドパスフィルタ １３１，１３３，１３５，１３８，１４０，１４２，１
４６ アンプ １３６，１４３ ＡＭ整流検波器 １３７，１４７ 可変抵抗 １５１ ＶＣＯ １５２ アナログスイッチ １６１ ＣＰＵ １６５ 波長制御回路 ３０１ レーザ波長変更要求検出回路 ３０３ レーザ波長制御回路 ３０４ レーザ波長変更要求発生回路 Ｄ１０ ダイオード

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０４Ｂ 10/02 10/18 10/14 10/06 10/04 9372−5Ｋ Ｈ０４Ｂ 9/00 Ｓ (72)発明者 伊藤 雄二郎 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソニ ー株式会社内

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザ発振器を光源として用い送信信号
   に応じて当該レーザ光を変調して外部に出射することに
   より送信を行う送信手段と、外部から入射した変調され
   たレーザ光を受光すると共に当該レーザ光の受光信号を
   復調して受信信号を得る受信手段とを有し、レーザ光を
   用いた光空間伝送を行う光空間伝送装置において、 空間伝送されたレーザ光の空気の微量成分による吸収に
   基づく信号対雑音比の劣化を検出する信号対雑音比劣化
   検出手段と、 上記信号対雑音比劣化検出手段での検出により得られる
   信号対雑音比劣化検出信号に基づいて、上記空気の微量
   成分による吸収帯域を避けて、上記レーザ光の波長を変
   化させる制御を行うレーザ光波長制御手段とを有するこ
   とを特徴とする光空間伝送装置。
2. 【請求項２】 上記送信手段からは、自己の信号対雑音
   比劣化検出手段により検出した信号対雑音比劣化検出信
   号を相手方に送信し、 上記受信手段では、相手方が送信した信号対雑音比劣化
   検出信号を受信し、 自己のレーザ光波長制御手段では上記相手方から伝送さ
   れてきた信号対雑音比劣化検出信号に基づいて上記レー
   ザ光の波長を変化させる制御を行うことを特徴とする請
   求項１記載の光空間伝送装置。
3. 【請求項３】 上記信号対雑音比劣化検出手段は、空間
   伝送されたレーザ光の受信信号の周波数帯域のうち、送
   信信号及び受信信号の搬送周波数を除く周波数帯域を用
   いて、上記信号対雑音比の劣化を検出することを特徴と
   する請求項２記載の光空間伝送装置。
4. 【請求項４】 上記レーザ発振器の駆動電流に対するバ
   イアス電流を発生するバイアス電流発生手段を設け、 上記レーザ光波長制御手段は、上記信号対雑音比劣化検
   出信号に基づいて上記バイアス電流発生手段を制御する
   ことにより、上記レーザ光の波長を変化させる制御を行
   うことを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいず
   れか１項に記載の光空間伝送装置。
5. 【請求項５】 上記レーザ発振器の温度を変化させるレ
   ーザ発振器温度調整手段を設け、 上記レーザ光波長制御手段は、上記信号対雑音比劣化検
   出信号に基づいて上記レーザ発振器温度調整手段を制御
   することにより、上記レーザ光の波長を変化させる制御
   を行うことを特徴とする請求項１から請求項３のうちの
   いずれか１項に記載の光空間伝送装置。
6. 【請求項６】 上記レーザ発振器の温度を変化させるレ
   ーザ発振器温度調整手段と、 上記レーザ発振器の駆動電流に対するバイアス電流を発
   生するバイアス電流発生手段とを設け、 上記レーザ光波長制御手段は、上記信号対雑音比劣化検
   出信号に基づいて、上記レーザ発振器温度調整手段を制
   御することにより上記レーザ光の波長を大きく変化させ
   る制御を行い、上記バイアス電流発生手段を制御するこ
   とにより上記レーザ光の波長を微小に変化させる制御を
   行うことを特徴とする請求項１から請求項３のうちのい
   ずれか１項に記載の光空間伝送装置。
7. 【請求項７】 上記レーザ発振器には半導体レーザ発振
   器を用い、 上記レーザ発振器温度調整手段は、上記半導体レーザ発
   振器の周辺温度の経時変化を監視し、当該周辺温度の経
   時変化の情報に基づいて、上記半導体レーザ発振器の温
   度を上昇させるか若しくは下降させるかの判断を行うこ
   とを特徴とする請求項５又は６記載の光空間伝送装置。