WO2015087564A1 - レーザレーダ装置 - Google Patents

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optical
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transmission
laser radar
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武司 崎村
柳澤　隆行
佳史 三輪
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三菱電機株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a laser radar device that emits laser light into the atmosphere, receives scattered light of the laser light from a target, and extracts information about the target from the scattered light.
  • Non-Patent Document 1 As a conventional laser radar apparatus, there is a coherent laser radar apparatus in which transmission light is pulsed by using an acousto-optic (AO) element pulse-driven by an optical modulator (see, for example, Non-Patent Document 1).
  • AO acousto-optic
  • the peak power of the transmission light is limited by a nonlinear optical effect called stimulated Brillouin scattering that occurs in the optical fiber. Therefore, a method of measuring a high S / N ratio by increasing transmission power using a plurality of CW laser light sources having different frequencies has been invented (see, for example, Patent Document 1).
  • Non-Patent Document 1 and Patent Document 1 only the line-of-sight direction of a transmission / reception optical system used for transmission / reception of laser light can be measured. For this reason, when measuring in different gaze directions, or when measuring a wider range and obtaining a distribution by calculation or the like, it is necessary to scan with laser light. For this reason, it may be used in combination with a scanner device using a reflection mirror, a rotating wedge plate, or the like capable of adjusting the angle. In addition, a plurality of laser radar devices may be arranged in order to simultaneously perform multi-gaze direction measurement.
  • the method using the scanner device has a problem that the device becomes large and complicated. Further, the scanner device that mechanically drives the reflecting mirror and the wedge plate has a problem that the life and reliability of the device are lowered. In addition, in the method of scanning with laser light, the measurement time per line-of-sight direction is shortened, so that there is a problem that the received signal strength is reduced, and the measurable distance and accuracy are reduced.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and has a simple and inexpensive configuration and can simultaneously measure multi-gaze directions without using a mechanically driven scanner device.
  • the object is to provide a radar device.
  • a laser radar device includes a plurality of reference light sources that oscillate laser beams having different frequencies, and a plurality of lights that are provided corresponding to the reference light sources and branch the laser light oscillated by the corresponding reference light sources.
  • a branching unit, a plurality of optical modulators that are provided corresponding to the optical branching units and modulate one of the laser beams branched by the corresponding optical branching unit, and laser beams modulated by the respective optical modulators are mixed.
  • a transmission / reception optical system that emits the first mixed light output by the first optical multiplexer and receives the scattered light of the first mixed light by the target, and the scattered light received by the transmission / reception optical system and the second And the second mixed light output by the optical multiplexer of
  • a third optical multiplexer that outputs a third mixed light, a photodetector that detects a beat signal from the third mixed light output by the third optical multiplexer, and a detector that detects the beat signal;
  • An information extractor that extracts information about the target from the beat signal and a dispersive element that is arranged in front of or behind the transmission / reception optical system and emits the incident light in a specific direction according to the angle and frequency of the incident light. It is a thing.
  • a laser radar device includes a reference light source that oscillates laser light of a specific frequency, the frequency of which is variable, an optical splitter that branches the laser light oscillated by the reference light source, and an optical splitter.
  • An optical modulator that modulates one of the laser beams branched by the laser, a transmission / reception optical system that emits the laser light modulated by the optical modulator and receives the scattered light of the laser light by the target, and is received by the transmission / reception optical system
  • a fourth optical multiplexer that outputs the fourth mixed light by mixing the scattered light and the other laser beam branched by the optical splitter, and the fourth optical multiplexer output by the fourth optical multiplexer
  • a photodetector that detects a beat signal from the mixed light, an information extractor that extracts information about the target from the beat signal detected by the photodetector, and a front or rear of the transmission / reception optical system. frequency It is obtained by a dispersion element for emitting the incident light in a specific direction according to.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a laser radar apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the laser radar device receives the scattered light from the aerosol (particles such as dust floating in the atmosphere) by irradiating the laser light into the atmosphere, and measures the wind speed by detecting the Doppler shift of the scattered light.
  • Coherent Doppler lidar device As shown in FIG.
  • the laser radar apparatus includes a plurality of CW laser light sources (reference light sources) 1, a plurality of optical branching couplers 2, a plurality of optical modulators 3, and an optical multiplexing coupler (first multiplexer) 4.
  • Optical multiplexer coupler (second multiplexer) 5 optical fiber amplifier 6, optical circulator 7, transmission / reception optical system 8, diffraction grating (dispersing element) 9, optical multiplexer coupler (third multiplexer) 10, light It comprises a detector 11 and a signal processing device (information extractor) 12.
  • the propagation optical path of the laser beam in the apparatus is constituted by an optical fiber.
  • FIG. 1 shows a case where two CW laser light sources 1a and 1b, two optical branching couplers 2a and 2b, and two optical modulators 3a and 3b are provided.
  • the CW laser light source 1a oscillates a CW (Continuous Wave) laser beam having a specific frequency.
  • the CW laser light oscillated by the CW laser light source 1a is coupled to the optical fiber and output to the optical branching coupler 2a.
  • the CW laser light source 1b oscillates CW laser light having a specific frequency.
  • the CW laser light oscillated by the CW laser light source 1b is coupled to the optical fiber and output to the optical branching coupler 2b.
  • the frequencies of the CW laser beams oscillated by the CW laser light sources 1 a and 1 b are different from each other and are within the gain band of the optical fiber amplifier 6.
  • the frequency difference is set to be larger than the gain bandwidth of stimulated Brillouin scattering generated in the optical fiber.
  • each CW laser beam is preferably as narrow as possible to increase the accuracy of coherent detection, and for example, it is preferable to use one having a frequency of 100 kHz or less.
  • CW laser light sources 1a and 1b for example, a DFB (Distributed Feed-Back) fiber laser, a DFB-LD (Laser Diode), or the like can be used.
  • the optical branching coupler 2a is provided corresponding to the CW laser light source 1a, and branches the CW laser light from the CW laser light source 1a into two.
  • One CW laser beam bifurcated by the optical branching coupler 2a is output to the optical modulator 3a as transmission seed light, and the other CW laser beam is output to the optical multiplexing coupler 5 as local oscillation light for coherent detection.
  • the optical branching coupler 2b is provided corresponding to the CW laser light source 1b, and branches the CW laser light from the CW laser light source 1b into two.
  • One CW laser beam branched into two by this optical branching coupler 2b is output to the optical modulator 3b as transmission seed light, and the other CW laser beam is output to the optical multiplexing coupler 5 as local oscillation light for coherent detection.
  • the optical power branching ratio in the optical branching couplers 2a and 2b has a small dependence on the frequency of the CW laser light.
  • the optical modulator 3a is provided corresponding to the optical branching coupler 2a, and pulsates the transmission seed light from the optical branching coupler 2a to add frequency modulation (add an intermediate frequency when performing coherent detection). It is.
  • the transmission seed light modulated by the optical modulator 3 a is output to the optical multiplexing coupler 4.
  • the optical modulator 3b is provided corresponding to the optical branching coupler 2b, and pulsates the transmission seed light from the optical branching coupler 2b to add frequency modulation (add an intermediate frequency when performing coherent detection). It is.
  • the transmission seed light modulated by the optical modulator 3 b is output to the optical multiplexing coupler 4.
  • the intermediate frequencies by the optical modulators 3a and 3b are set to different values, and the frequencies after the modulation by the optical modulators 3a and 3b are set to different values.
  • an acousto-optic modulator (AOM) as the optical modulators 3a and 3b, pulsing by cutting out the CW laser light with a time gate and addition of a frequency shift are simultaneously performed.
  • AOM acousto-optic modulator
  • the intermediate frequency is usually a frequency of about several tens to several hundreds of MHz, and a value suitable for the system is selected.
  • the optical multiplexing coupler 4 mixes the transmission seed light modulated by the optical modulator 3a and the transmission seed light modulated by the optical modulator 3b.
  • the transmission seed light (first mixed light) mixed by the optical multiplexing coupler 4 is output to the optical fiber amplifier 6.
  • the optical multiplexing coupler 5 mixes the local oscillation light from the optical branching coupler 2a and the local oscillation light from the optical branching coupler 2b.
  • the local oscillation light (second mixed light) mixed by the optical multiplexing coupler 5 is output to the optical multiplexing coupler 10.
  • At least one optical fiber amplifier 6 is provided on the transmission-side propagation optical path, and amplifies the optical power of the first mixed light from the optical multiplexing coupler 4.
  • the first mixed light whose optical power is amplified by the optical fiber amplifier 6 is output to the optical circulator 7.
  • the optical fiber amplifier 6 an amplifier suitable for the wavelength band of the laser light to be used is used.
  • an optical fiber amplifier using an Nd (Neodymium) -doped fiber or a Yb (Yterbium) -doped fiber can be used.
  • an optical fiber amplifier using an Er (Erbium) doped fiber can be used.
  • These optical fiber amplifiers have a gain bandwidth of about several nanometers to several tens of nanometers, and can amplify laser beams of a plurality of wavelengths at the same time as long as they are within the gain band.
  • the optical circulator 7 selects an output destination according to input light.
  • the optical circulator 7 outputs the transmission seed light to the transmission / reception optical system 8.
  • the scattered light is input from the transmission / reception optical system 8
  • the scattered light is output to the optical multiplexing coupler 10.
  • the transmission / reception optical system 8 emits the first mixed light that has passed through the optical circulator 7 as transmission light toward the target (aerosol) through the diffraction grating 9, and scatters the transmission light of the transmission light by the target through the diffraction grating 9. Is received via The scattered light received by the transmission / reception optical system 8 is coupled to the optical fiber and output to the optical circulator 7.
  • a telescope or the like capable of making the emitted laser light substantially parallel and adjusting the focal length can be used.
  • a fiber collimator or the like may be used as the transmission / reception optical system 8, but an optical system with a large aperture is suitable for reducing the divergence angle of the emitted laser light and further increasing the reception efficiency.
  • the diffraction grating 9 is an optical element that diffracts the laser light so as to be emitted in a specific direction according to the angle and frequency of the incident laser light.
  • the transmission light from the transmission / reception optical system 8 is a mixture of transmission seed lights having different frequencies, and the diffracted light by the diffraction grating 9 is emitted at different angles (directions of the transmission lights 101a and 101b).
  • the aerosol moves according to the atmospheric flow (wind), the scattered light undergoes a Doppler shift.
  • the optical multiplexing coupler 10 mixes the scattered light from the optical circulator 7 and the second mixed light from the optical multiplexing coupler 5.
  • the mixed light (third mixed light) mixed by the optical multiplexing coupler 10 is output to the photodetector 11.
  • the photodetector 11 receives the third mixed light from the optical multiplexing coupler 10 and detects a beat signal between the scattered light and the local oscillation light.
  • the beat signal detected by the photodetector 11 is output to the signal processing device 12.
  • the signal processing device 12 processes the beat signal from the photodetector 11, extracts information related to the target (for example, information such as received signal intensity of scattered light, round trip time, and Doppler frequency) and relates to the extracted target.
  • the target motion specifications for example, distance to the target, velocity distribution
  • the CW laser light source 1a oscillates CW laser light having a specific frequency f1 and outputs it to the optical branching coupler 2a.
  • the CW laser light source 1b oscillates CW laser light having a specific frequency f2 and outputs it to the optical branching coupler 2b.
  • the frequencies f1 and f2 of the CW laser light oscillated by the CW laser light sources 1a and 1b are different from each other, are within the gain band of the optical fiber amplifier 6, and the difference between the frequency f1 and the frequency f2 Let it be greater than the gain bandwidth of stimulated Brillouin scattering that occurs in the fiber.
  • the optical branching coupler 2a bifurcates the CW laser light having the frequency f1 from the CW laser light source 1a, outputs one as a transmission seed light to the optical modulator 3a, and outputs the other as a local oscillation light for coherent detection. Output to the wave coupler 5. Further, the optical branching coupler 2b splits the CW laser light having the frequency f2 from the CW laser light source 1b into two, outputs one to the optical modulator 3b as transmission seed light, and the other as the local oscillation light for coherent detection. Output to the wave coupler 5.
  • the optical modulator 3a pulses the transmission seed light having the frequency f1 from the optical branching coupler 2a, and adds frequency modulation (adds an intermediate frequency fM1 when performing coherent detection).
  • the transmission seed light having the frequency f1 + fM1 modulated by the optical modulator 3a is output to the optical multiplexing coupler 4.
  • the optical modulator 3b pulses the transmission seed light having the frequency f2 from the optical branching coupler 2b, and adds frequency modulation (adds an intermediate frequency fM2 when performing coherent detection).
  • the transmission seed light having the frequency f2 + fM2 modulated by the optical modulator 3b is output to the optical multiplexing coupler 4.
  • the intermediate frequencies fM1 and fM2 are set to different values, and are set so that the condition of (fM1 + fd1) ⁇ (fM2 + fd2) or (fM1 + fd1)> (fM2 + fd2) is satisfied.
  • the signal processing device 12 at the subsequent stage can identify two frequency components (fM1 + fd1, fM2 + fd2) of the beat signal detected by the photodetector 11, and individually measure the signal intensity of each frequency component. Is possible.
  • the Doppler shift amounts fd1 and fd2 corresponding to the frequency of the transmission light can be measured, respectively, the wind speed distribution in the line-of-sight direction corresponding to the frequency of the transmission light can be measured.
  • the optical multiplexing coupler 4 mixes the transmission seed light having the frequency f1 + fM1 modulated by the optical modulator 3a and the transmission seed light having the frequency f2 + fM2 modulated by the optical modulator 3b.
  • the transmission seed light (first mixed light having the frequencies f1 + fM1 and f2 + fM2) mixed by the optical multiplexing coupler 4 is output to the optical fiber amplifier 6.
  • the optical multiplexing coupler 5 mixes the local oscillation light having the frequency f1 from the optical branching coupler 2a and the local oscillation light having the frequency f2 from the optical branching coupler 2b.
  • the locally oscillated light (second mixed light having frequencies f1 and f2) mixed by the optical multiplexing coupler 5 is output to the optical multiplexing coupler 10.
  • the optical fiber amplifier 6 amplifies the optical power of the first mixed light from the optical multiplexing coupler 4.
  • the first mixed light whose optical power is amplified by the optical fiber amplifier 6 is output to the optical circulator 7.
  • the optical power of the laser beam to be transmitted can be increased, the intensity of the received light can be increased, and the measurement accuracy and the measurable distance can be increased.
  • the gain bandwidth of stimulated Brillouin scattering is about several tens to 100 MHz. Therefore, for example, when two laser beams having a frequency difference larger than 100 MHz (for example, if the wavelength of the laser beam is 1550 nm corresponds to a wavelength difference of about 0.8 pm) are incident on the optical fiber, the two The gain of stimulated Brillouin scattering with respect to the laser light can be made different.
  • the two laser beams can input optical power up to the incident power that becomes the threshold for occurrence of stimulated Brillouin scattering.
  • the power of the laser beam that can be incident on the optical fiber is increased. Is possible.
  • the threshold of stimulated Brillouin scattering may be exceeded in the process of increasing the optical power of the laser light, and the peak output tends to increase particularly when the pulsed light is amplified. Stimulated Brillouin scattering is likely to occur. For this reason, normally, the output optical power is adjusted and used, for example, by limiting the pumping power supplied to the optical fiber amplifier 6 so that stimulated Brillouin scattering does not occur.
  • the difference between the frequencies f1 and f2 of the CW laser light oscillated by the CW laser light sources 1a and 1b is larger than the gain bandwidth of the stimulated Brillouin scattering generated in the optical fiber. Therefore, these laser lights can increase the peak power of the output pulse light up to the respective stimulated Brillouin scattering thresholds PSBS1 and PSBS2.
  • the average output power of each laser beam (the average output power is expressed by the product of the peak power of the pulsed light, the pulse width, and the pulse repetition frequency) is PS1 and PS2, the output light of the optical fiber amplifier 6
  • the average power can be PS1 + PS2, and the optical power of the transmitted light can be made larger than when a single light source (for example, only one of the CW laser light source 1a and the CW laser light source 1b) is used.
  • PS1 PS2
  • the optical power of the transmission light can be doubled by using the two CW laser light sources 1a and 1b.
  • the input power increases in the optical fiber amplifier 6 by using the plurality of CW laser light sources 1a and 1b.
  • the energy extraction efficiency can be improved, and the generation of ASE (Amplified Spontaneous Emission) components during amplification of the laser beam can be reduced. Therefore, there are an efficiency improvement effect of the optical fiber amplifier 6 and a noise component reduction effect in the photodetector 11.
  • the optical circulator 7 outputs the transmission seed light from the optical fiber amplifier 6 to the transmission / reception optical system 8.
  • the transmission / reception optical system 8 emits the transmission seed light that has passed through the optical circulator 7 toward the target via the diffraction grating 9 as transmission light.
  • the transmission light emitted from the transmission / reception optical system 8 is a mixture of laser light of frequency f1 + fM1 and frequency f2 + fM2, and these laser lights have different frequencies. Therefore, the diffracted light by the diffraction grating 9 is transmitted at different angles (here, the laser light having the frequency f1 + fM1 incident on the diffraction grating 9 propagates in the direction of the transmission light 101a, and the laser light having the frequency f2 + fM2 is in the direction of the transmission light 101b.
  • a laser beam can be irradiated to two different gaze directions toward the atmosphere. Further, since the diffraction angle of the laser light by the diffraction grating 9 is determined by the structural parameter of the diffraction grating 9, the wavelength (frequency) of the laser light, and the incident angle, if these values are grasped, the outgoing light 101a and 101b are emitted. Each direction can be determined.
  • the transmission lights 101a and 101b emitted from the transmission / reception optical system 8 through the diffraction grating 9 are scattered by the aerosol present in the atmosphere. Then, when the scattered light from the aerosol enters the diffraction grating 9, it reversibly returns to the transmission / reception optical system 8, and the transmission / reception optical system 8 receives this scattered light and outputs it to the optical circulator 7.
  • the propagation angle of the laser beam can be changed according to the frequency, and the laser beam can be transmitted and received in two different viewing directions.
  • the scattered light undergoes a Doppler shift.
  • the Doppler shifts received by the laser beams having the frequencies f1 + fM1 and f2 + fM2 that are transmitted light are fd1 and fd2, respectively, the frequencies of the scattered light are f1 + fM1 + fd1, f2 + fM2 + fd2.
  • the optical circulator 7 outputs the scattered light from the transmission / reception optical system 8 to the optical multiplexing coupler 10.
  • the optical multiplexing coupler 10 mixes the scattered light from the optical circulator 7 and the second mixed light having the frequencies f1 and f2 from the optical multiplexing coupler 5.
  • the mixed light (third mixed light) mixed by the optical multiplexing coupler 10 is output to the photodetector 11.
  • the photodetector 11 receives the third mixed light from the optical multiplexing coupler 10 and detects a beat signal of the scattered light and the local oscillation light.
  • the scattered light contained in the third mixed light received by the photodetector 11 is subjected to a frequency shift by the optical modulators 3a and 3b and a Doppler shift accompanying the movement of the aerosol. Therefore, the frequency of the beat signal detected by the photodetector 11 is fM1 + fd1, fM2 + fd2.
  • the beat signal detected by the photodetector 11 is output to the signal processing device 12.
  • the signal processing device 12 processes the beat signal from the photodetector 11, extracts information related to the target (for example, information such as received signal intensity of scattered light, round trip time, and Doppler frequency) and relates to the extracted target. From the information, the motion specifications of the target (for example, the distance to the target, velocity distribution) are calculated. In addition, since the process which calculates the motion specification of a target from the information regarding a target is a well-known technique, detailed description is abbreviate
  • the intermediate frequencies fM1 and fM2 are set to different values, and are set so that the condition of (fM1 + fd1) ⁇ (fM2 + fd2) or (fM1 + fd1)> (fM2 + fd2) is satisfied.
  • the signal processing device 12 can identify two frequency components (fM1 + fd1, fM2 + fd2) of the beat signal detected by the photodetector 11, and can individually measure the signal of each frequency component. Since the intermediate frequencies fM1 and fM2 are known values given by the optical modulators 3a and 3b, fd1 and fd2 can be obtained by calculation, respectively.
  • fd1 is a Doppler shift received by the transmission light of frequency f1 + fM
  • fd2 is a Doppler shift received by the transmission light of frequency f2 + fM2. Since the two transmission lights are emitted in different directions by the diffraction grating 9, Doppler shifts in two different line-of-sight directions can be measured simultaneously.
  • laser light is transmitted and received based on the two CW laser light sources 1a and 1b by one transmission / reception optical system 8, and two different gaze directions are observed by the diffraction grating 9.
  • the apparatus configuration can be simplified, and the apparatus can be reduced in size and price.
  • the device configuration can be simplified, and the size and cost of the device can be reduced.
  • a mechanical drive system is not required, the life of the apparatus can be extended and the reliability can be improved.
  • the laser radar apparatus of FIG. 1 can be used for measuring the two-dimensional distribution of the wind direction and the wind speed and measuring the change in the instantaneous wind direction and the wind speed distribution.
  • the polarization planes of the local oscillation light and the scattered light that is the received light coincide with each other in the photodetector 11, efficient coherent detection can be performed.
  • the polarization planes of the local oscillation light and the scattered light can be matched using a polarization plane controller (not shown).
  • a polarization-maintaining optical fiber is used as an optical fiber for coupling optical elements and a polarization-maintaining optical fiber component is used for each optical element, a polarization controller or the like is not required.
  • the polarization planes of the local oscillation light and the scattered light can be matched. Thereby, the apparatus configuration can be simplified. As shown in FIG.
  • the optical path of the laser light can be easily routed and the apparatus can be downsized.
  • the device can be easily configured by connection.
  • the alignment of the optical axis is unnecessary, the stability of the apparatus is increased, and a highly reliable apparatus configuration is possible.
  • the polarization plane adjustment is not required, so that the device configuration can be simplified, and a compact and highly reliable device can be constructed. Is possible.
  • the pulse timing of the laser beam may be synchronized using a signal generator (not shown).
  • a signal generator not shown.
  • the rise times of the pulse laser beams mixed by the optical multiplexing coupler 4 can be matched, and the transmission light emission timings of the respective frequencies can be matched. Processing such as measurement can be simplified.
  • CW laser light sources 1a and 1b are used, but a larger number of CW laser light sources 1 may be used.
  • the optical branching coupler 2 and the optical modulator 3 are added by the number of the CW laser light sources 1, all the transmission seed lights are mixed by the optical multiplexing coupler 4, and all the transmission seed lights are mixed by the optical multiplexing coupler 5.
  • the frequencies of the CW laser light source 1 are different from each other, are within the gain band of the optical fiber amplifier 6, and the difference between the frequencies is larger than the gain bandwidth (approximately 100 MHz) of stimulated Brillouin scattering that occurs in the optical fiber.
  • the intermediate frequency given by the optical modulator 3 is set to a magnitude that allows the received signal to be individually identified by the signal processing device 12.
  • the diffraction grating 9 diffraction occurs according to the frequency of the laser light, and the laser light can be emitted in the direction corresponding to the quantity of the CW laser light source 1. Can be measured simultaneously. Thereby, the two-dimensional distribution of the wind direction and the wind speed can be obtained more accurately.
  • the diffraction grating 9 shown in FIG. 1 has a configuration of a reflection type diffraction grating that reflects diffracted light
  • a transmission type diffraction grating that transmits laser light and generates diffraction may be used.
  • the diffraction grating 9 is designed so that the diffraction efficiency is high with respect to the wavelength band of the laser beam, the loss of the laser beam for transmission and reception can be reduced, and the efficiency of the apparatus can be increased. it can.
  • high-order diffracted light generated by the diffraction grating 9 may be blocked using an opening (not shown).
  • the diffraction grating 9 may be a dispersive element capable of changing the propagation angle according to the wavelength of the laser light, and a prism may be used instead of the diffraction grating.
  • FIG. FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a laser radar apparatus according to Embodiment 2 of the present invention.
  • the laser radar device according to the second embodiment shown in FIG. 2 is obtained by changing the CW laser light sources 1a and 1b of the laser radar device according to the first embodiment shown in FIG. 1 to CW laser light sources 13a and 13b.
  • Other configurations are the same, and only the different parts are described with the same reference numerals.
  • the CW laser light source 13a can change the oscillation frequency in the range of f1 to f1 ′, and oscillates a CW laser beam having a set specific frequency.
  • the CW laser light oscillated by the CW laser light source 13a is coupled to the optical fiber and output to the optical branching coupler 2a.
  • the CW laser light source 13b can change the oscillation frequency in the range of f2 to f2 ′, and oscillates a CW laser beam having a set specific frequency.
  • the CW laser light oscillated by the CW laser light source 13b is coupled to the optical fiber and output to the optical branching coupler 2b.
  • the frequencies f1 to f1 ′ and f2 to f2 ′ of the CW laser beams oscillated by the CW laser light sources 13a and 13b are different from each other and are within the gain band of the optical fiber amplifier 6.
  • the frequency difference is set to be larger than the gain bandwidth of stimulated Brillouin scattering generated in the optical fiber.
  • each CW laser beam is preferably as narrow as possible to increase the accuracy of coherent detection, and for example, it is preferable to use one having a frequency of 100 kHz or less.
  • CW laser light sources 13a and 13b for example, a DFB fiber laser, DFB-LD, or the like can be used.
  • the oscillation frequency can be changed by temperature modulation of these laser light sources.
  • the frequency of the transmission laser light based on the CW laser light source 13b is f2 ′ + fM2, which is a frequency different from f2 + fM2 in the configuration of FIG. become. Therefore, the diffraction angles by the diffraction grating 9 are different, and the light is emitted in the direction of the transmission light 102b. Thereby, it is possible to measure the wind speed distribution in the line-of-sight direction in a direction different from the case where the frequency of the CW laser light source 13b is f2 (the direction in which the transmission light 102b is emitted).
  • the diffraction angle by the diffraction grating 9 is changed. It is possible to change the viewing direction of the measurement by changing the emitting direction of the laser beam. Further, since the diffraction angle of the diffraction grating 9 depends on the frequency of the incident laser beam, the laser beam can be transmitted in a desired direction by appropriately setting the oscillation frequency of the CW laser light sources 13a and 13b. it can. In this way, in the configuration of FIG. 2, it is possible to change the line-of-sight direction while simultaneously measuring two different line-of-sight directions.
  • the laser beam emission direction can be changed continuously or stepwise, and the line-of-sight direction for measurement is changed continuously or stepwise. Can be changed. Thereby, a laser beam can be scanned. With this configuration, the laser beam can be scanned with a simple configuration, and the size and cost of the apparatus can be reduced. Furthermore, since a mechanical drive system is not required, the life of the apparatus can be extended and the reliability can be improved.
  • the CW laser light sources 13a and 13b respectively oscillate CW laser light, two different sight line directions can be measured simultaneously, and the same effect as in the first embodiment can be obtained.
  • two CW laser light sources 13a and 13b are used, but a larger number of CW laser light sources 13 may be used. In this case, the laser beam can be scanned in a wider range according to the number of CW laser light sources 13.
  • FIG. 3 is a diagram showing the configuration of the laser radar apparatus according to Embodiment 3 of the present invention.
  • the laser radar apparatus according to the third embodiment shown in FIG. 3 is driven by removing the optical branching coupler 2b, the optical modulator 3b, and the optical multiplexing couplers 4 and 5 from the laser radar apparatus according to the first embodiment shown in FIG. Circuits 14a and 14b, a controller 15 and an optical multiplexing coupler 16 are added.
  • Other configurations are the same, and only the different parts are described with the same reference numerals.
  • the drive circuit 14a is provided corresponding to the CW laser light source 1a and operates the CW laser light source 1a.
  • the drive circuit 14b is provided corresponding to the CW laser light source 1b and operates the CW laser light source 1b.
  • the controller 15 operates one of the drive circuits 14a and 14b on the basis of the processing result of the signal processing device 12 (the operating state of the CW laser light sources 1a and 1b), thereby alternately operating the CW laser light sources 1a and 1b. Is switched to.
  • the optical multiplexing coupler 16 joins the path through which the CW laser light from the CW laser light source 1a passes and the path through which the CW laser light from the CW laser light source 1b passes.
  • the optical branching coupler 2a bifurcates the CW laser light from the optical multiplexing coupler 16, outputs one CW laser light to the optical modulator 3a as transmission seed light, and uses the other CW laser light for coherent detection.
  • the light is output to the optical multiplexing coupler 10 as local oscillation light.
  • the laser light output from the CW laser light source 1a passes through the optical multiplexing coupler 16. Then, after passing through the optical multiplexing coupler 16, it is emitted in the direction of the transmission light 101a by the same process as in the first embodiment. At this time, the received light corresponds to the line-of-sight direction of the transmission light 101a, and the signal processing device 12 can obtain the wind speed in the line-of-sight direction of the transmission light 101a.
  • the laser light output from the CW laser light source 1b passes through the optical multiplexing coupler 16. Then, after passing through the optical multiplexing coupler 16, the same process as the laser light from the CW laser light source 1a is performed. Is emitted. At this time, the received light corresponds to the line-of-sight direction of the transmission light 103b, and the signal processing device 12 can obtain the wind speed in the line-of-sight direction of the transmission light 103b.
  • the CW laser light source 1a and the CW laser light source 1b are configured to be switched and operated, measurement can be performed by switching the line-of-sight direction to two directions. .
  • the Doppler shift for two different gaze directions cannot be measured completely simultaneously.
  • the time difference can be reduced and the two line-of-sight directions can be measured. And a two-dimensional distribution of wind speeds.
  • the locally transmitted light input to the photodetector 11 is only a component based on the CW laser light sources 1a and 1b that generate the transmitted light. Therefore, the noise component in the photodetector 11 is reduced, and highly sensitive and highly accurate detection can be performed. Further, since only the reception signals corresponding to the CW laser light sources 1a and 1b being operated are detected, only one optical modulator 3a is required, and the apparatus can be simplified. Further, in the case of FIG. 1, since there is no restriction on the intermediate frequency in the optical modulator 3a for distinguishing the necessary received signals, it is easy to select components.
  • FIG. 4 is a diagram showing a configuration of a laser radar apparatus according to Embodiment 4 of the present invention.
  • the laser radar device according to the fourth embodiment shown in FIG. 4 is different from the laser radar device according to the second embodiment shown in FIG. 2 in the CW laser light source 13b, the optical branching coupler 2b, the optical modulator 3b, and the optical multiplexing couplers 4 and 5. Is deleted, and a drive circuit 14a and a controller 17 are added. Other configurations are the same, and only the different parts are described with the same reference numerals.
  • the drive circuit 14a is provided corresponding to the CW laser light source 13a and operates the CW laser light source 13a.
  • the controller 17 changes the oscillation frequency of the operating CW laser light source 13a by operating the drive circuit 14a based on the processing result of the signal processing device 12 (the operating state of the CW laser light source 13a).
  • the optical branching coupler 2a bifurcates the CW laser light from the CW laser light source 13a, outputs one CW laser light to the optical modulator 3a as transmission seed light, and uses the other CW laser light for coherent detection.
  • the light is output to the optical multiplexing coupler 10 as local oscillation light.
  • the optical multiplexing coupler 10 according to the fourth embodiment is a fourth mixed light obtained by mixing the scattered light received by the transmission / reception optical system and the other laser beam branched by the optical splitter. Corresponds to a “fourth optical multiplexer”.
  • the line-of-sight direction that can be measured instantaneously is only one direction, but by changing the oscillation frequency of the CW laser light source 13a, the emission direction of the laser light is changed in the range from the transmission light 101a to the transmission light 102a.
  • the laser beam can be scanned.
  • the two-dimensional distribution of the wind direction and the wind speed can also be obtained by processing such as calculation.
  • the locally transmitted light input to the photodetector 11 is only a component based on the CW laser light source 13a that generates the transmission light. Therefore, the noise component in the photodetector 11 is reduced, and highly sensitive and highly accurate detection can be performed. Further, since only the reception signal corresponding to the CW laser light source 13a being operated is detected, only one optical modulator 3a is required, and the apparatus can be simplified. Furthermore, since there is no restriction on the intermediate frequency in the optical modulator 3a for distinguishing the received signal required in the case of FIG. 1, the selection of the components is facilitated.
  • the operation of the plurality of CW laser light sources 1a and 1b is switched, and in the fourth embodiment, the frequency control of the single CW laser light source 13a is shown.
  • a plurality of CW laser light sources 13a and 13b may be provided to perform operation switching and frequency control of the plurality of CW laser light sources 13a and 13b.
  • FIG. FIG. 5 is a diagram showing the configuration of a laser radar apparatus according to Embodiment 5 of the present invention.
  • Other configurations are the same, and only the different parts are described with the same reference numerals.
  • the collimator 18 converts the transmitted light that has passed through the optical circulator 7 into substantially parallel light.
  • the transmission light converted into substantially parallel light by the collimator 18 is incident on the diffraction grating 9. Thereafter, the diffracted light generated by the diffraction grating 9 is separated by the frequency of the transmitted light, propagates in the direction of the transmitted light 101a and 101b, and enters the transmission / reception optical system 8. Then, after passing through the transmission / reception optical system 8, the light is emitted in the directions of the transmission lights 104a and 104b, respectively.
  • the outgoing directions of the transmission lights 104a and 104b after passing through the transmission / reception optical system 8 are determined by the magnification of the transmission / reception optical system 8 and the incident angle of the laser light. Therefore, if these values are known, the transmitted light 104a.
  • the emission direction of 104b can be known. Thereby, like the case of Embodiment 1, two different gaze directions can be measured simultaneously.
  • the diffraction grating 9 can be reduced in size, making the diffraction grating 9 easy to manufacture and selecting parts easily.
  • the cost of the apparatus can be reduced.
  • the apparatus can be reduced in size.
  • the transmission / reception optical system 8 allows the transmission lights 101a and 101b to enter the incident aperture.
  • the diffraction angle of the diffraction grating 9 is designed to a suitable value in consideration of the magnification of the transmission / reception optical system 8.
  • the configuration in which the diffracted light by the diffraction grating 9 is allowed to pass through the transmission / reception optical system 8 can be applied to all the above embodiments.
  • FIG. 6 is a diagram showing the configuration of a laser radar apparatus according to Embodiment 6 of the present invention.
  • the laser radar device according to the sixth embodiment shown in FIG. 6 is obtained by adding a drive device 19 to the laser radar device according to the fifth embodiment shown in FIG.
  • Other configurations are the same, and only the different parts are described with the same reference numerals.
  • the driving device 19 is provided in the diffraction grating 9.
  • the transmission lights 104a and 104b are emitted in the xy plane using the coordinate system written in the drawing.
  • the drive device 19 is a device that changes the installation angle of the diffraction grating 9, and can change the installation angle of the diffraction grating 9 so that the incident surface of the diffraction grating 9 has an inclination with respect to the z-axis.
  • the transmitted lights 104a and 104b are emitted with an inclination with respect to the xy plane.
  • the driving device 19 can be a movable stage using a motor, a piezo element, or the like.
  • the driving device 19 may rotate the diffraction grating 9 about the z axis.
  • the incident angle of the laser beam with respect to the diffraction grating 9 can be changed, and the transmitted light can be scanned in the xy plane, and the measurable line-of-sight direction can be measured.
  • the range can be expanded.
  • the structure which provides the drive device 19 in the diffraction grating 9 is applicable to all the said embodiment.
  • the optical fiber amplifier 6 is used. However, the optical power of the transmission light necessary for the desired device performance can be obtained only from the outputs of the CW laser light sources 1 and 13. If possible, the optical fiber amplifier 6 is not necessary.
  • the optical fiber amplifier 6 When the optical fiber amplifier 6 is used, the optical power of the laser beam to be transmitted can be further increased, the intensity of the received light can be increased, and the measurement accuracy and the measurable distance can be increased.
  • a spatial laser light amplifier may be used. Since the spatial laser light amplifier is less likely to cause a nonlinear phenomenon, the peak power of the output light can be made larger than that of the optical fiber amplifier 6.
  • a spatial transmission / reception optical separator is required. As described above, by increasing the optical power of the laser light transmitted using the amplifier, the intensity of the received light can be increased, and the measurement accuracy and the measurable distance can be increased.
  • Embodiment 7 FIG.
  • the propagation path of the laser beam in the apparatus is configured using the optical fiber component.
  • the spatial propagation of the laser beam is performed using the spatial optical component.
  • the structure to be made may be sufficient.
  • the optical couplers can be replaced by an optical element such as a mirror that reflects the laser light.
  • an optical element such as a mirror that reflects the laser light.
  • FIG. 1 when the configuration shown in FIG. 1 is a spatial propagation type configuration, as shown in FIG. 7, partial reflection mirrors, beam splitters, etc. (mirrors 20a to 20d in FIG. 7) can be used as the optical branching couplers 2a and 2b.
  • the optical multiplexing couplers 4 5, and 10, partial reflection mirrors, beam splitters, band pass or band reflection mirrors, etc. (mirrors 20e to 20i in FIG. 7) can be used.
  • These optical elements are used by appropriately selecting the wavelength band to be reflected and the reflectance in accordance with the branching ratio and wavelength of the laser light.
  • optical modulators 3a and 3b, the optical fiber amplifier 6, and the optical circulator 7 are replaced with spatial elements (optical modulators 21a and 21b, laser amplifier 22, and optical circulator 23), respectively.
  • the optical path of the laser light can be changed as appropriate by using a reflection mirror or the like.
  • the polarization may be controlled using a wave plate.
  • the use of a spatial optical element enables the components to be small and mounted with high density.
  • the apparatus can be miniaturized.
  • the spatial propagation type configuration can suppress the occurrence of nonlinear effects such as the above-described stimulated Brillouin scattering, and the peak power of the transmitted light can be increased without being limited by the nonlinear effects in the laser amplifier 22.
  • an optical fiber component may be used as a part of the apparatus.
  • an optical fiber coupler is used for a mirror for branching or multiplexing laser light, alignment adjustment is not necessary, and the apparatus can be configured easily.
  • the peak power of the transmission light can be increased and the optical power of the transmission light can be increased without being limited by the nonlinear effect.
  • the configuration using the spatial optical element can be applied to the configuration in which the driving device 19 is provided in the diffraction grating 9 shown in the sixth embodiment.
  • the present invention is not limited to this.
  • the atmosphere, a flying object, a building, or the like is detected as a target.
  • the present invention can be similarly applied to cases.
  • FIG. FIG. 10 is a diagram showing the configuration of a laser radar apparatus according to Embodiment 8 of the present invention.
  • the laser radar device according to the eighth embodiment shown in FIG. 10 is obtained by changing the diffraction grating 9 of the laser radar device according to the first embodiment shown in FIG.
  • Other configurations are the same, and only the different parts are described with the same reference numerals.
  • the diffraction grating 26 is a transmission type diffraction grating using a birefringent material.
  • the diffraction grating 26 has an optical axis arranged in a predetermined direction so that birefringence is generated with respect to incident transmission light.
  • birefringent materials biaxial crystals such as KYW, LBO, and KTP, as well as uniaxial birefringent crystals such as quartz (SiO2), sapphire (Al2O3), and calcite (CaCO3) should be used. Can do. Also, in a birefringent crystal, if the crystal optical axis is perpendicular to the axis of the incident light of the laser light, the difference in refractive index between normal light and extraordinary light can be maximized.
  • the laser light incident on the birefringent material is divided into a normal ray and an extraordinary ray depending on the polarization state and propagates.
  • the refractive index for ordinary light and the refractive index for extraordinary light have different values. For this reason, the transmission light based on the CW laser light source 1a incident on the diffraction grating 26 and the transmission light based on the CW laser light source 1b propagate in a normal ray and an extraordinary ray, respectively.
  • the transmitted light propagated through the diffraction grating 26 is refracted at the interface between the diffraction grating 26 and the air and is emitted into the air.
  • the refractive indexes of the ordinary ray and the extraordinary ray are different, the ordinary ray and the extraordinary ray are emitted at different refraction angles.
  • the transmission light based on the CW laser light source 1a and the transmission light based on the CW laser light source 1b have different frequencies, they are emitted at different diffraction angles.
  • transmission light 105a indicates transmission light corresponding to a normal ray among transmission light based on the CW laser light source 1a.
  • the transmission light 106a has shown the transmission light corresponding to an extraordinary ray among the transmission lights based on the CW laser light source 1a.
  • the transmission light 105b has shown the transmission light corresponding to a normal ray among the transmission lights based on the CW laser light source 1b.
  • the transmission light 106b has shown the transmission light corresponding to an extraordinary ray among the transmission lights based on the CW laser light source 1b.
  • the normal ray and the extraordinary ray are emitted in a plane parallel to the paper surface.
  • the normal ray and the extraordinary ray may have an angle in a plane perpendicular to the paper surface.
  • the laser beam emission direction can be expanded in a two-dimensional direction, and a three-dimensional wind direction and wind speed distribution can be measured.
  • one or both of the polarization direction of the transmission light based on the CW laser light source 1a and the polarization direction of the transmission light based on the CW laser light source 1b are made of birefringent material.
  • the polarization direction of the transmission light may be switched and changed so as to be parallel or perpendicular to the plane formed by the optical axis and the incident optical axis of the transmission light.
  • normal light and extraordinary light generated in the birefringent material can be selected, and the outgoing angle of the transmitted light can be selected, so that the transmitted light can be emitted only in a desired direction and observation can be performed.
  • the polarization direction of the transmitted light by the polarization control means is controlled by directly controlling the output polarization state of the CW laser light source 1a and the CW laser light source 1b, or by using a polarizing element such as a wavelength plate or a polarization controller. It can be performed.
  • the polarization direction of the received light and the locally transmitted light may be matched by using a polarization control means (not shown).
  • a polarization control means not shown.
  • the received light is separated for each polarization direction by a polarization separation element (polarization separation means) 27, and the local transmission light is switched for each polarization direction by a polarization switch (switching means) 28 and output.
  • optical heterodyne detection may be performed by combining the received light and the locally transmitted light so that the polarization directions thereof coincide with each other. In this way, by switching the path according to the polarization direction of the locally transmitted light, the optical power required for the locally transmitted light can be reduced, and the optical heterodyne detection can be performed among the received light. It is only for one polarization direction. Therefore, observation in a desired direction can be performed with only one photodetector 11.
  • the configuration using the transmission type diffraction grating 26 using a birefringent material can be applied to all of the second to seventh embodiments.
  • the invention of the present application can be freely combined with each embodiment, modified with any component in each embodiment, or omitted with any component in each embodiment. .
  • the laser radar device has a simple and inexpensive configuration and can simultaneously measure multi-gaze directions without using a mechanically driven scanner device. It is suitable for use in a laser radar device or the like that receives the scattered light of the laser beam and extracts information about the target from the scattered light.

Abstract

異なる周波数のレーザ光を発振する複数のＣＷレーザ光源（１）と、発振されたレーザ光を分岐する複数の光分岐カプラ（２）と、分岐された一方のレーザ光を変調する複数の光変調器（３）と、変調されたレーザ光を混合する光合波カプラ（４）と、分岐された他方のレーザ光を混合する光合波カプラ（５）と、光合波カプラ（４）により出力された混合光を出射し、目標による散乱光を受信する送受信光学系（８）と、受信された散乱光と光合波カプラ（５）により出力された混合光とを混合する光合波カプラ（１０）と、光合波カプラ（１０）により出力された混合光からビート信号を検出する光検出器（１１）と、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信号処理装置（１２）と、送受信光学系の前／後に配置され、入射光の角度および周波数に応じて当該入射光を特定方向に出射する回折格子（９）とを備えた。

Description

レーザレーダ装置
　この発明は、レーザ光を大気中に出射し、目標による当該レーザ光の散乱光を受信して、その散乱光から目標に関する情報を抽出するレーザレーダ装置に関するものである。
　従来のレーザレーダ装置として、光変調器にパルス駆動された音響光学（ＡＯ）素子を用いて、送信光をパルス化したコヒーレントレーザレーダ装置がある（例えば非特許文献１参照）。
　また、送信光（レーザ光）の伝送路に光ファイバを用いたコヒーレント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。そこで、互いに周波数の異なる複数のＣＷレーザ光源を用いて送信パワーを増すことにより、高ＳＮ比の計測を行うという方式が発明されている（例えば特許文献１参照）。
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
特開２００４-２１９２０７号公報
　非特許文献１、特許文献１に開示された従来のコヒーレントレーザレーダ装置では、レーザ光の送受信に用いる送受光学系の視線方向についてのみ測定のみを行うことができる。
　このため、異なる視線方向の測定を行う場合や、より広い範囲を測定し演算等により分布を求める場合には、レーザ光を走査する必要がある。そのため、角度調整が可能な反射ミラー、回転ウェッジ板等を用いたスキャナー装置と組み合わせて用いることがある。また、多視線方向の測定を同時に行うために、複数台のレーザレーダ装置を配置する場合がある。
　ここで、スキャナー装置を用いた方式では、装置が大型化し、複雑になるという課題があった。また、反射ミラー、ウェッジ板を機械的に回転駆動させるスキャナー装置では、装置の寿命や信頼性が低下するという課題があった。
　また、レーザ光を走査する方式では、１視線方向当たりの測定時間が短くなるため、受信信号強度が低下し、測定可能な距離や精度が低下するという課題があった。
　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、単純で安価な構成で、機械的に駆動するスキャナー装置を用いることなく、多視線方向を同時に測定することが可能なレーザレーダ装置を提供することを目的としている。
　この発明に係るレーザレーダ装置は、互いに異なる周波数のレーザ光を発振する複数の基準光源と、基準光源に対応して設けられ、当該対応する基準光源により発振されたレーザ光を分岐する複数の光分岐器と、光分岐器に対応して設けられ、当該対応する光分岐器により分岐された一方のレーザ光を変調する複数の光変調器と、各光変調器により変調されたレーザ光を混合して第１の混合光を出力する第１の光合波器と、各光分岐器により分岐された他方のレーザ光を混合して第２の混合光を出力する第２の光合波器と、第１の光合波器により出力された第１の混合光を出射し、目標による当該第１の混合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第２の光合波器により出力された第２の混合光とを混合して第３の混合光を出力する第３の光合波器と、第３の光合波器により出力された第３の混合光から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、送受信光学系の前方または後方に配置され、入射光の角度および周波数に応じて当該入射光を特定方向に出射する分散素子とを備えたものである。
　また、この発明に係るレーザレーダ装置は、特定の周波数のレーザ光を発振する、当該周波数が可変である基準光源と、基準光源により発振された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出射し、目標による当該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レーザ光とを混合して第４の混合光を出力する第４の光合波器と、第４の光合波器により出力された第４の混合光から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、送受信光学系の前方または後方に配置され、入射光の角度および周波数に応じて当該入射光を特定方向に出射する分散素子とを備えたものである。
　この発明によれば、上記のように構成したので、単純で安価な構成で、機械的に駆動するスキャナー装置を用いることなく、多視線方向を同時に測定することが可能となる。
この発明の実施の形態１に係るレーザレーダ装置の構成を示す図である。 この発明の実施の形態２に係るレーザレーダ装置の構成を示す図である。 この発明の実施の形態３に係るレーザレーダ装置の構成を示す図である。 この発明の実施の形態４に係るレーザレーダ装置の構成を示す図である。 この発明の実施の形態５に係るレーザレーダ装置の構成を示す図である。 この発明の実施の形態６に係るレーザレーダ装置の構成を示す図である。 この発明の実施の形態７に係るレーザレーダ装置の構成を示す図である。 この発明の実施の形態７に係るレーザレーダ装置の別の構成を示す図である。 この発明の実施の形態７に係るレーザレーダ装置の別の構成を示す図である。 この発明の実施の形態８に係るレーザレーダ装置の構成を示す図である。 この発明の実施の形態８に係るレーザレーダ装置の別の構成を示す図である。
　以下、この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各実施の形態で同一もしくは相当する部分は同一符号で示し重複する説明は省略する。
実施の形態１．
　図１はこの発明の実施の形態１に係るレーザレーダ装置の構成を示す図である。
　レーザレーダ装置は、レーザ光を大気中に照射してエアロゾル（大気中を浮遊する塵等の粒子）からの散乱光を受信し、この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。このレーザレーダ装置は、図１に示すように、複数のＣＷレーザ光源（基準光源）１、複数の光分岐カプラ２、複数の光変調器３、光合波カプラ（第１の合波器）４、光合波カプラ（第２の合波器）５、光ファイバ増幅器６、光サーキュレータ７、送受信光学系８、回折格子（分散素子）９、光合波カプラ（第３の合波器）１０、光検出器１１および信号処理装置（情報抽出器）１２から構成されている。なお、装置内のレーザ光の伝搬光路は光ファイバにより構成されている。また図１では、２つのＣＷレーザ光源１ａ，１ｂ、２つの光分岐カプラ２ａ，２ｂ、２つ光変調器３ａ，３ｂを備えた場合を示している。
　ＣＷレーザ光源１ａは、特定周波数のＣＷ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　Ｗａｖｅ：連続波）レーザ光を発振するものである。このＣＷレーザ光源１ａにより発振されたＣＷレーザ光は光ファイバに結合されて光分岐カプラ２ａに出力される。
　ＣＷレーザ光源１ｂは、特定周波数のＣＷレーザ光を発振するものである。このＣＷレーザ光源１ｂにより発振されたＣＷレーザ光は光ファイバに結合されて光分岐カプラ２ｂに出力される。
　なお、ＣＷレーザ光源１ａ，１ｂにより発振されるＣＷレーザ光の周波数は、互いに異なり、また光ファイバ増幅器６の利得帯域内にある。また、その周波数差は、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くなるよう設定される。
　また、各ＣＷレーザ光のスペクトル幅は、コヒーレント検出の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ＣＷレーザ光源１ａ，１ｂとして、例えばＤＦＢ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ　Ｆｅｅｄ－Ｂａｃｋ）ファイバレーザや、ＤＦＢ－ＬＤ（Ｌａｓｅｒ　Ｄｉｏｄｅ）等を利用することができる。
　光分岐カプラ２ａは、ＣＷレーザ光源１ａに対応して設けられ、ＣＷレーザ光源１ａからのＣＷレーザ光を２分岐するものである。この光分岐カプラ２ａにより２分岐された一方のＣＷレーザ光は送信種光として光変調器３ａに出力され、他方のＣＷレーザ光はコヒーレント検出用の局部発振光として光合波カプラ５に出力される。
　光分岐カプラ２ｂは、ＣＷレーザ光源１ｂに対応して設けられ、ＣＷレーザ光源１ｂからのＣＷレーザ光を２分岐するものである。この光分岐カプラ２ｂにより２分岐された一方のＣＷレーザ光は送信種光として光変調器３ｂに出力され、他方のＣＷレーザ光はコヒーレント検出用の局部発振光として光合波カプラ５に出力される。
　なお、光分岐カプラ２ａ，２ｂ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３ａは、光分岐カプラ２ａに対応して設けられ、光分岐カプラ２ａから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を付加）するものである。この光変調器３ａにより変調された送信種光は光合波カプラ４に出力される。
　光変調器３ｂは、光分岐カプラ２ｂに対応して設けられ、光分岐カプラ２ｂから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を付加）するものである。この光変調器３ｂにより変調された送信種光は光合波カプラ４に出力される。
　なお、光変調器３ａ，３ｂによる中間周波数は互いに異なる値に設定され、光変調器３ａ，３ｂによる変調後の周波数が互いに異なる値となるように設定されている。
　また、光変調器３ａ，３ｂ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。
　また、中間周波数は、通常、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。
　光合波カプラ４は、光変調器３ａにより変調された送信種光と、光変調器３ｂにより変調された送信種光とを混合するものである。この光合波カプラ４により混合された送信種光（第１の混合光）は光ファイバ増幅器６に出力される。
　光合波カプラ５は、光分岐カプラ２ａからの局部発振光と、光分岐カプラ２ｂからの局部発振光とを混合するものである。この光合波カプラ５により混合された局部発振光（第２の混合光）は光合波カプラ１０に出力される。
　光ファイバ増幅器６は、送信側の伝搬光路上に少なくとも１つ以上設けられ、光合波カプラ４からの第１の混合光の光パワーを増幅するものである。この光ファイバ増幅器６により光パワーが増幅された第１の混合光は光サーキュレータ７に出力される。
　なお、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。例えばレーザ光の波長が１μｍ帯であれば、Ｎｄ（Ｎｅｏｄｙｍｉｕｍ）添加ファイバ、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器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。
　光サーキュレータ７は、入力光に応じて出力先を選択するものである。ここで、光サーキュレータ７は、光ファイバ増幅器６から第１の混合光を入力した場合には、当該送信種光を送受信光学系８に出力する。一方、送受信光学系８から散乱光を入力した場合には、当該散乱光を光合波カプラ１０に出力する。
　送受信光学系８は、光サーキュレータ７を通過した第１の混合光を送信光として回折格子９を介して目標（エアロゾル）に向けて出射し、目標による当該送信光の散乱光を回折格子９を介して受信するものである。この送受信光学系８により受信された散乱光は光ファイバに結合されて光サーキュレータ７に出力される。
　なお、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等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、出射するレーザ光の発散角を小さくし、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。
　回折格子９は、入射されたレーザ光の角度および周波数に応じて当該レーザ光を特定方向に出射するよう回折させる光学素子である。ここで、送受信光学系８からの送信光は、異なる周波数の送信種光が混合されたものであり、回折格子９による回折光はそれぞれ異なる角度（送信光１０１ａ，１０１ｂの方向）に出射される。なお、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。
　光合波カプラ１０は、光サーキュレータ７からの散乱光と、光合波カプラ５からの第２の混合光とを混合するものである。この光合波カプラ１０により混合された混合光（第３の混合光）は光検出器１１に出力される。
　光検出器１１は、光合波カプラ１０からの第３の混合光を受光して、その散乱光と局部発振光とのビート信号を検出するものである。この光検出器１１により検出されたビート信号は信号処理装置１２に出力される。
　信号処理装置１２は、光検出器１１からのビート信号を処理し、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、ドップラー周波数等の情報）を抽出し、当該抽出した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）を算出するものである。
　次に、上記のように構成されたレーザレーダ装置の動作について説明する。
　レーザレーダ装置の動作では、まず、ＣＷレーザ光源１ａは、特定周波数ｆ１のＣＷレーザ光を発振し、光分岐カプラ２ａに出力する。また、ＣＷレーザ光源１ｂは、特定周波数ｆ２のＣＷレーザ光を発振し、光分岐カプラ２ｂに出力する。
　ここで、ＣＷレーザ光源１ａ，１ｂにより発振されるＣＷレーザ光の周波数ｆ１，ｆ２は、互いに異なり、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との差が、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。
　次いで、光分岐カプラ２ａは、ＣＷレーザ光源１ａからの周波数ｆ１のＣＷレーザ光を２分岐し、一方を送信種光として光変調器３ａに出力し、他方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５に出力する。また、光分岐カプラ２ｂは、ＣＷレーザ光源１ｂからの周波数ｆ２のＣＷレーザ光を２分岐し、一方を送信種光として光変調器３ｂに出力し、他方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５に出力する。
　次いで、光変調器３ａは、光分岐カプラ２ａからの周波数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ｆＭ１を付加）する。
　この光変調器３ａにより変調された周波数ｆ１＋ｆＭ１の送信種光は光合波カプラ４に出力される。また、光変調器３ｂは、光分岐カプラ２ｂからの周波数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ｆＭ２を付加）する。この光変調器３ｂにより変調された周波数ｆ２＋ｆＭ２の送信種光は光合波カプラ４に出力される。
　ここで、中間周波数ｆＭ１，ｆＭ２は互いに異なる値に設定され、（ｆＭ１＋ｆｄ１）＜（ｆＭ２＋ｆｄ２）、または、（ｆＭ１＋ｆｄ１）＞（ｆＭ２＋ｆｄ２）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１２では、光検出器１１により検出されるビート信号の２つの周波数成分（ｆＭ１＋ｆｄ１、ｆＭ２＋ｆｄ２）を識別することができ、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。これにより、送信光の周波数に対応したドップラーシフト量ｆｄ１，ｆｄ２をそれぞれ測定することができるため、送信光の周波数に対応した視線方向の風速分布をそれぞれ測定することができる。
　次いで、光合波カプラ４は、光変調器３ａにより変調された周波数ｆ１＋ｆＭ１の送信種光と、光変調器３ｂにより変調された周波数ｆ２＋ｆＭ２の送信種光とを混合する。この光合波カプラ４により混合された送信種光（周波数ｆ１＋ｆＭ１，ｆ２＋ｆＭ２の第１の混合光）は光ファイバ増幅器６に出力される。
　また、光合波カプラ５は、光分岐カプラ２ａからの周波数ｆ１の局部発振光と、光分岐カプラ２ｂからの周波数ｆ２の局部発振光とを混合する。この光合波カプラ５により混合された局部発振光（周波数ｆ１，ｆ２の第２の混合光）は光合波カプラ１０に出力される。
　次いで、光ファイバ増幅器６は、光合波カプラ４からの第１の混合光の光パワーを増幅する。この光ファイバ増幅器６により光パワーが増幅された第１の混合光は光サーキュレータ７に出力される。この光ファイバ増幅器６を用いることにより、送信するレーザ光の光パワーを増加させることができ、受信光の強度を高め、測定の精度や測定可能な距離を高めることができる。
　ここで、一定値以上の光パワー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ため、光ファイバに入射可能なレーザ光の光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、当該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。そのため、当該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しきい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であり、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６では、レーザ光の光パワーが増強される過程で誘導ブリルアン散乱のしきい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６に投入する励起パワーを制限する等して、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１ａ，１ｂ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。そのため、これらのレーザ光は、それぞれの誘導ブリルアン散乱しきい値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、送信光の光パワーを単一の光源（例えば、ＣＷレーザ光源１ａまたはＣＷレーザ光源１ｂ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１ａ，１ｂを用いることで、送信光の光パワーを２倍にすることができる。
　また、複数のＣＷレーザ光源１ａ，１ｂ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。そのため、エネルギーの抜き出し効率を向上させることができ、レーザ光の増幅時の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。よって、光ファイバ増幅器６の効率改善効果と、光検出器１１での雑音成分の低減効果がある。
　次いで、光サーキュレータ７は、光ファイバ増幅器６からの送信種光を送受信光学系８に出力する。
　次いで、送受信光学系８は、光サーキュレータ７を通過した送信種光を送信光として回折格子９を介して目標に向けて出射する。ここで、図１の構成では、送受信光学系８から出射される送信光は、周波数ｆ１＋ｆＭ１と周波数ｆ２＋ｆＭ２のレーザ光が混合されたものであり、これらのレーザ光は周波数が異なっている。そのため、回折格子９による回折光はそれぞれ異なる角度（ここでは、回折格子９に入射された周波数ｆ１＋ｆＭ１のレーザ光は送信光１０１ａの方向に伝搬し、周波数ｆ２＋ｆＭ２のレーザ光は送信光１０１ｂの方向に伝搬するものとする）に出射される。これにより、大気中に向けて異なる２つの視線方向へとレーザ光を照射することができる。
　また、回折格子９によるレーザ光の回折角度は、回折格子９の構造パラメータとレーザ光の波長（周波数）および入射角によって決まるため、これらの値を把握しておけば送信光１０１ａ，１０１ｂの出射方向をそれぞれ求めることができる。
　そして、送受信光学系８により回折格子９を介して放射された送信光１０１ａ，１０１ｂは、大気中に存在しているエアロゾルによって散乱される。そして、このエアロゾルによる散乱光は回折格子９に入射すると、可逆的に送受信光学系８の方へと戻り、送受信光学系８はこの散乱光を受信して光サーキュレータ７に出力する。
　上記のように、回折格子９を用いることにより、周波数に応じてレーザ光の伝搬角度を変えることができ、異なる２つの視線方向へとレーザ光の送受信を行うことができる。
　なお、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＋ｆＭ１，ｆ２＋ｆＭ２のレーザ光が受けるドップラーシフトがそれぞれｆｄ１，ｆｄ２であるとすると、散乱光の周波数はそれぞれｆ１＋ｆＭ１＋ｆｄ１，ｆ２＋ｆＭ２＋ｆｄ２になる。
　次いで、光サーキュレータ７は、送受信光学系８からの散乱光を光合波カプラ１０に出力する。
　次いで、光合波カプラ１０は、光サーキュレータ７からの散乱光と、光合波カプラ５からの周波数ｆ１，ｆ２の第２の混合光とを混合する。この光合波カプラ１０により混合された混合光（第３の混合光）は光検出器１１に出力される。
　次いで、光検出器１１は、光合波カプラ１０からの第３の混合光を受光して、その散乱光と局部発振光とのビート信号を検出する。ここで、光検出器１１が受光する第３の混合光に含まれている散乱光は、光変調器３ａ，３ｂ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。そのため、光検出器１１により検出されるビート信号の周波数はｆＭ１＋ｆｄ１，ｆＭ２＋ｆｄ２になる。この光検出器１１により検出されたビート信号は信号処理装置１２に出力される。
　信号処理装置１２は、光検出器１１からのビート信号を処理し、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、ドップラー周波数等の情報）を抽出し、当該抽出した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、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。
　ここで、図１に示すレーザレーダ装置では、中間周波数ｆＭ１，ｆＭ２は互いに異なる値に設定され、（ｆＭ１＋ｆｄ１）＜（ｆＭ２＋ｆｄ２）、または、（ｆＭ１＋ｆｄ１）＞（ｆＭ２＋ｆｄ２）の条件が成立するように設定されている。そのため、信号処理装置１２では、光検出器１１により検出されるビート信号の２つの周波数成分（ｆＭ１＋ｆｄ１，ｆＭ２＋ｆｄ２）を識別することができ、各周波数成分の信号を個別に計測することができる。中間周波数ｆＭ１，ｆＭ２は、光変調器３ａ，３ｂにより与えられる既知の値であるため、演算によりｆｄ１，ｆｄ２をそれぞれ求めることができる。
　ここで、ｆｄ１は周波数ｆ１＋ｆＭ１の送信光が受けたドップラーシフトであり、ｆｄ２は周波数ｆ２＋ｆＭ２の送信光が受けたドップラーシフトである。そして、当該２つの送信光は回折格子９により異なる方向へと出射されているため、異なる２つの視線方向についてのドップラーシフトを同時に測定することができる。
　以上のように、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１ａ，１ｂに基づくレーザ光の送受信を行い、回折格子９により異なる２つの視線方向について観測を行い、１つの光検出器１１で受信信号の検出を行うよう構成したので、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。
　また、スキャナー装置を用いることなく２つの視線方向の測定を行うことができるため、装置構成を単純化することができ、装置の小型化や低価格化を図ることができる。さらに、機械駆動系が必要ないため、装置の長寿命化することができ、信頼性を高めることができる。
　また上記の構成では、異なる２つの視線方向について風速分布を測定することができるため、近似的な処理や演算を行うことにより２つの視線方向を含む領域の風向および風速の２次元分布を求めることもできる。また上記の構成では、同時に異なる２つの視線方向の風速を測定することが可能なため、より実時間に即した風向および風速の２次元分布を求めることができる。これにより、図１のレーザレーダ装置は、風向および風速の２次元分布の測定や瞬時的な風向および風速分布の変化の測定に利用することができる。
　また、光検出器１１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。なお、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ファイバ部品を用いると、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る。これにより、装置構成を簡単化することができる。
　なお図１の構成のように、光ファイバ部品を用い、レーザ光の伝搬光路に光ファイバを用いることにより、レーザ光の光路の取り回しが容易になり装置を小型化することができ、光ファイバの接続により装置を簡単に構成することができる。また、光軸のアライメントが不要なため装置の安定性が増し、信頼性の高い装置構成が可能となる。さらには、上述のように偏波面保存型の光ファイバおよび光学素子光ファイバ部品を用いることにより、偏波面の調整が不要なため、装置構成を簡単化でき、小型で信頼性の高い装置を構成が可能となる。
　また、光変調器３ａおよび光変調器３ｂ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てもよい。これにより、光合波カプラ４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１２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。
　また図１の構成では、２つのＣＷレーザ光源１ａ，１ｂを用いているが、さらに多数のＣＷレーザ光源１を用いてもよい。この場合には、ＣＷレーザ光源１の数量分だけ光分岐カプラ２および光変調器３を追加し、光合波カプラ４ですべての送信種光が混合され、光合波カプラ５ですべての送信種光が混合されるようにする。また、ＣＷレーザ光源１の周波数は、互いに異なり、光ファイバ増幅器６の利得帯域内にあり、かつ、それぞれの周波数の差が、光ファイバで生じる誘導ブリルアン散乱の利得帯域幅（約１００ＭＨｚ）より大きくなるように設定する。さらに、光変調器３により付与される中間周波数は、信号処理装置１２でそれぞれの受信信号を個別に識別可能な大きさに設定する。
　これにより、回折格子９では、レーザ光の周波数に応じて回折が生じ、ＣＷレーザ光源１の数量分の方向へとレーザ光の出射させることができるため、レーザ光源の数量分の視線方向の風速を同時に測定することができる。これにより、風向および風速の２次元分布をより精度よく求めることができる。
　また、図１に示す回折格子９は、回折光が反射される反射型の回折格子の構成となっているが、レーザ光を透過させて回折を生じさせる透過型の回折格子を用いてもよい。また、回折格子９は、レーザ光の波長帯に対して回折効率が高くなるように設計したものを用いると、送受信を行うレーザ光の損失を少なくすることができ、装置の効率を高めることができる。また、回折格子９により生じる高次の回折光については、図示せぬ開口等を用いて遮断してもよい。また、回折格子９は、レーザ光の波長に応じて伝搬角度を変えるが可能な分散素子であればよく、回折格子の代わりにプリズムを用いてもよい。
実施の形態２．
　図２はこの発明の実施の形態２に係るレーザレーダ装置の構成を示す図である。図２に示す実施の形態２に係るレーザレーダ装置は、図１に示す実施の形態１に係るレーザレーダ装置のＣＷレーザ光源１ａ，１ｂをＣＷレーザ光源１３ａ，１３ｂに変更したものである。その他の構成は同様であり、同一の符号を付して異なる部分についてのみ説明を行う。
　ＣＷレーザ光源１３ａは、発振周波数をｆ１～ｆ１´の範囲で変化させることが可能であり、設定した特定周波数のＣＷレーザ光を発振するものである。このＣＷレーザ光源１３ａにより発振されたＣＷレーザ光は光ファイバに結合されて光分岐カプラ２ａに出力される。
　ＣＷレーザ光源１３ｂは、発振周波数をｆ２～ｆ２´の範囲で変化させることが可能であり、設定した特定周波数のＣＷレーザ光を発振するものである。このＣＷレーザ光源１３ｂにより発振されたＣＷレーザ光は光ファイバに結合されて光分岐カプラ２ｂに出力される。
　なお、ＣＷレーザ光源１３ａ，１３ｂにより発振されるＣＷレーザ光の周波数ｆ１～ｆ１´，ｆ２～ｆ２´は、互いに異なり、光ファイバ増幅器６の利得帯域内にある。また、その周波数差は、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くなるよう設定される。
　また、各ＣＷレーザ光のスペクトル幅は、コヒーレント検出の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ＣＷレーザ光源１３ａ，１３ｂとして、例えばＤＦＢファイバレーザ、ＤＦＢ－ＬＤ等を利用することができる。そして、これらのレーザ光源を温度変調すること等により、発振周波数を変化させることができる。
　また図２において、ＣＷレーザ光源１３ａの発振周波数をｆ１、かつＣＷレーザ光源１３ｂの発振周波数をｆ２とした場合には、図１と同様の構成になり、実施の形態１と同様の効果が得られる。
　図２において、ＣＷレーザ光源１３ａの発振周波数をｆ１から変化させてｆ１´とすると、ＣＷレーザ光源１３ａに基づく送信光の周波数はｆ１´＋ｆＭ１となり、図１の構成のｆ１＋ｆＭ１とは異なる周波数になる。よって、回折格子９による回折角が異なることになり、送信光１０２ａの方向へと出射される。これにより、ＣＷレーザ光源１３ａの発振周波数がｆ１の場合と異なる方向（送信光１０２ａが出射される方向）の視線方向の風速分布を測定することができる。
　上記と同様に、ＣＷレーザ光源１３ｂの発振周波数をｆ２から変化させてｆ２´とすると、ＣＷレーザ光源１３ｂに基づく送信レーザ光の周波数はｆ２´＋ｆＭ２となり、図１の構成のｆ２＋ｆＭ２とは異なる周波数になる。よって、回折格子９による回折角が異なることになり、送信光１０２ｂの方向へと出射される。これにより、ＣＷレーザ光源１３ｂの周波数がｆ２の場合と異なる方向（送信光１０２ｂが出射される方向）の視線方向の風速分布を測定することができる。
　以上のように、この実施の形態２によれば、ＣＷレーザ光源１３ａ，１３ｂの発振周波数を変化させるように構成したので、実施の形態１における効果に加え、回折格子９による回折角を変化させることができ、レーザ光の出射方向を変化させ、測定を行う視線方向を変えることができる。
　また、回折格子９の回折角は、入射するレーザ光の周波数に依存するため、ＣＷレーザ光源１３ａ，１３ｂの発振周波数を適切に設定することにより、所望の方向へとレーザ光を送信することができる。このようにして、図２の構成では、２つの異なる視線方向を同時に測定しつつ、視線方向を変化させることができる。
　また、ＣＷレーザ光源１３ａ，１３ｂの発振周波数を連続的または段階的に変化させると、レーザ光の出射方向を連続的または段階的に変化させることができ、測定を行う視線方向を連続的または段階的に変えることができる。これにより、レーザ光を走査することができる。
　この構成では、簡単な構成でレーザ光を走査することができ、装置の小型化や低価格化を図ることができる。さらに、機械駆動系が必要ないため、装置の長寿命化することができ、信頼性を高めることができる。
　また、ＣＷレーザ光源１３ａ，１３ｂはそれぞれＣＷレーザ光を発振しているため、２つの異なる視線方向を同時に測定することができ、実施の形態１と同様の効果が得られる。
　また図２の構成では、２つのＣＷレーザ光源１３ａ，１３ｂを用いているが、さらに多数のＣＷレーザ光源１３を用いてもよい。この場合、ＣＷレーザ光源１３の個数に応じてより広い範囲でレーザ光を走査することが可能となる。
実施の形態３．
　図３はこの発明の実施の形態３に係るレーザレーダ装置の構成を示す図である。図３に示す実施の形態３に係るレーザレーダ装置は、図１に示す実施の形態１に係るレーザレーダ装置から光分岐カプラ２ｂ、光変調器３ｂおよび光合波カプラ４，５を削除し、駆動回路１４ａ，１４ｂ、制御器１５および光合波カプラ１６を追加したものである。その他の構成は同様であり、同一の符号を付して異なる部分についてのみ説明を行う。
　駆動回路１４ａは、ＣＷレーザ光源１ａに対応して設けられ、ＣＷレーザ光源１ａを動作させるものである。
　駆動回路１４ｂは、ＣＷレーザ光源１ｂに対応して設けられ、ＣＷレーザ光源１ｂを動作させるものである。
　制御器１５は、信号処理装置１２による処理結果（ＣＷレーザ光源１ａ，１ｂの動作状態）に基づいて、一方の駆動回路１４ａ，１４ｂを動作させることで、動作するＣＷレーザ光源１ａ，１ｂを交互に切替えるものである。
　光合波カプラ１６は、ＣＷレーザ光源１ａからのＣＷレーザ光が通過する経路と、ＣＷレーザ光源１ｂからのＣＷレーザ光が通過する経路とを合流するものである。
　なお、光分岐カプラ２ａは、光合波カプラ１６からのＣＷレーザ光を２分岐し、一方のＣＷレーザ光を送信種光として光変調器３ａ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１０に出力する。
　図３において、ＣＷレーザ光源１ａが動作している場合、ＣＷレーザ光源１ａから出力されたレーザ光は光合波カプラ１６を通過する。そして、光合波カプラ１６を通過した後は実施の形態１と同様の過程により、送信光１０１ａの方向へと出射される。このとき、受信光は送信光１０１ａの視線方向に対応するものになり、信号処理装置１２では送信光１０１ａの視線方向の風速を求めることができる。
　また図３において、ＣＷレーザ光源１ｂが動作している場合、ＣＷレーザ光源１ｂから出力されたレーザ光は光合波カプラ１６を通過する。そして、光合波カプラ１６を通過後はＣＷレーザ光源１ａからのレーザ光と同様の過程を経るが、光変調器３ａを通過した後のレーザ光の周波数はｆ２＋ｆＭ１であり、送信光１０３ｂの方向へと出射される。このとき、受信光は送信光１０３ｂの視線方向に対応するものになり、信号処理装置１２では送信光１０３ｂの視線方向の風速を求めることができる。
　以上のように、この実施の形態３によれば、ＣＷレーザ光源１ａとＣＷレーザ光源１ｂを交互に切替えて動作させるように構成したので、視線方向を２方向に切替えて測定を行うことができる。
　なおこの構成では、異なる２つの視線方向についてのドップラーシフトを完全に同時に測定することはできない。しかしながら、動作させるＣＷレーザ光源１ａ，１ｂの切替え間隔を短くすることにより、時間差を少なくして２つの視線方向の測定を行うことができ、演算等の処理により、より実時間の状況に近い風向および風速の２次元分布を求めることもできる。
　またこの構成では、光検出器１１に入力される局部発信光が、送信光を発生させているＣＷレーザ光源１ａ，１ｂに基づく成分のみとなる。そのため、光検出器１１での雑音成分が低下し、高感度で高精度な検出を行うことができる。
　また、動作させているＣＷレーザ光源１ａ，１ｂに対応する受信信号のみが検出されるため、光変調器３ａは１個のみでよく、装置を簡単化することができる。さらに、図１の場合、必要となる受信信号を区別するための光変調器３ａでの中間周波数の制限が無くなるため、部品の選定が容易になる。
実施の形態４．
　図４はこの発明の実施の形態４に係るレーザレーダ装置の構成を示す図である。図４に示す実施の形態４に係るレーザレーダ装置は、図２に示す実施の形態２に係るレーザレーダ装置からＣＷレーザ光源１３ｂ、光分岐カプラ２ｂ、光変調器３ｂおよび光合波カプラ４，５を削除し、駆動回路１４ａおよび制御器１７を追加したものである。その他の構成は同様であり、同一の符号を付して異なる部分についてのみ説明を行う。
　駆動回路１４ａは、ＣＷレーザ光源１３ａに対応して設けられ、ＣＷレーザ光源１３ａを動作させるものである。
　制御器１７は、信号処理装置１２による処理結果（ＣＷレーザ光源１３ａの動作状態）に基づいて、駆動回路１４ａを動作させることで、動作するＣＷレーザ光源１３ａの発振周波数を変化させるものである。
　なお、光分岐カプラ２ａは、ＣＷレーザ光源１３ａからのＣＷレーザ光を２分岐し、一方のＣＷレーザ光を送信種光として光変調器３ａ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１０に出力する。
　また、実施の形態４における光合波カプラ１０は、本発明の「前記送受信光学系により受信された散乱光と前記光分岐器により分岐された他方のレーザ光とを混合して第４の混合光を出力する第４の光合波器」に相当する。
　この構成では、瞬時的に測定可能な視線方向は１方向のみとなるが、ＣＷレーザ光源１３ａの発振周波数を変化させることにより、送信光１０１ａから送信光１０２ａの範囲でレーザ光の出射方向を変化させ、レーザ光を走査することができる。これにより、演算等の処理により、風向および風速の２次元分布を求めることもできる。
　またこの構成では、光検出器１１に入力される局部発信光が、送信光を発生させているＣＷレーザ光源１３ａに基づく成分のみとなる。そのため、光検出器１１での雑音成分が低下し、高感度で高精度な検出を行うことができる。
　また、動作させているＣＷレーザ光源１３ａに対応する受信信号のみが検出されるため、光変調器３ａは１個のみでよく、装置を簡単化することができる。さらに、図１の場合に必要となる受信信号を区別するための光変調器３ａでの中間周波数の制限が無くなるため、部品の選定が容易になる。
　なお、実施の形態３では複数のＣＷレーザ光源１ａ，１ｂの動作切替えを行い、実施の形態４では単一のＣＷレーザ光源１３ａの周波数制御を行う場合について示した。これに対し、複数のＣＷレーザ光源１３ａ，１３ｂを設けて、当該複数のＣＷレーザ光源１３ａ，１３ｂの動作切替えおよび周波数制御を行うように構成してもよい。
実施の形態５．
　図５はこの発明の実施の形態５に係るレーザレーダ装置の構成を示す図である。図５に示す実施の形態５に係るレーザレーダ装置は、図１に示す実施の形態１に係るレーザレーダ装置の送受信光学系８の位置を回折格子９の後段に変更し、コリメータ１８を追加したものである。その他の構成は同様であり、同一の符号を付して異なる部分についてのみ説明を行う。
　コリメータ１８は、光サーキュレータ７を通過した送信光を略平行光化するものである。
　このコリメータ１８により略平行光化された送信光は回折格子９に入射される。その後、回折格子９により生じる回折光は、送信光の周波数によって分離され、送信光１０１ａ、１０１ｂの方向へと伝搬して送受信光学系８へと入射される。そして、送受信光学系８を通過後は、それぞれ送信光１０４ａ，１０４ｂの方向へと出射される。
　ここで、送受信光学系８を通過後の送信光１０４ａ，１０４ｂの出射方向は、送受信光学系８の倍率とレーザ光の入射角度によって決まる。そのため、これらの値が分かっていれば送信光１０４ａ．１０４ｂの出射方向を知ることができる。これにより、実施の形態１の場合と同様に、２つの異なる視線方向を同時に測定することができる。
　この構成では、コリメータ１８により略平行光化した際のビーム径を小さくすることで、回折格子９を小型化することができ、回折格子９の製造が容易となり、部品の選定が容易となるため、装置の低コスト化を行うことができる。また、装置の小型化を行うことができる。
　なお、送受信光学系８は、送信光１０１ａ，１０１ｂが入射開口に入射できるようにする。また、所望の視線方向の測定を行うために、送受信光学系８の倍率を考慮して、回折格子９の回折角は好適な値に設計させる。
　また、回折格子９による回折光を送受信光学系８に通過させる構成は、上記すべての実施の形態に適用可能である。
実施の形態６．
　図６はこの発明の実施の形態６に係るレーザレーダ装置の構成を示す図である。図６に示す実施の形態６に係るレーザレーダ装置は、図５に示す実施の形態５に係るレーザレーダ装置に駆動装置１９と追加したものである。その他の構成は同様であり、同一の符号を付して異なる部分についてのみ説明を行う。
　図６の構成では、回折格子９に駆動装置１９を設けている。駆動装置１９が無い場合、図面に記入した座標系を用いると、送信光１０４ａ，１０４ｂはｘ－ｙ平面内に放射される。
　駆動装置１９は、回折格子９の設置角度を変化させる装置であり、回折格子９の入射面がｚ軸に対して傾きを持つように、回折格子９の設置角度を変化させることができる。これにより、送信光１０４ａ，１０４ｂはｘ－ｙ平面に対して傾きを持って放射されようになる。このようにして、回折格子９の入射面のｚ軸に対する傾きを変化させることにより、送信光をｚ軸方向に走査することができる。よって、レーザ光の出射方向を２次元の方向に拡張でき、３次元の風向および風速分布を測定することができる。なお、駆動装置１９には、モーターやピエゾ素子等を用いた可動ステージ等が利用できる。
　また、駆動装置１９は、回折格子９をｚ軸を中心に回転させてもよい。駆動装置１９によって回折格子９を回転させることで、回折格子９に対するレーザ光の入射角度を変化させることができ、送信光をｘ－ｙ平面内でも走査することができ、測定可能な視線方向の範囲を広げることができる。
　なお、回折格子９に駆動装置１９を設ける構成は、上記すべての実施の形態に適用可能である。
　なお上記実施の形態１～６では、光ファイバ増幅器６を用いているが、所望する装置性能に対して必要となる送信光の光パワーを、ＣＷレーザ光源１，１３の出力のみで得ることができる場合には光ファイバ増幅器６は必要ではない。
　光ファイバ増幅器６を用いた場合には、送信するレーザ光の光パワーをより増加させることができ、受信光の強度を高め、測定の精度や測定可能な距離を高めることができる。
　また、光ファイバ増幅器６により増幅されたレーザ光をさらに増幅する場合には、空間型のレーザ光増幅器を用いてもよい。空間型のレーザ光増幅器では、非線形現象が発生しにくいため、光ファイバ増幅器６よりも出力光のピークパワーを大きくすることができる。
　ただし、空間型のレーザ光増幅器を用いる場合には、空間型の送受信光分離器が必要となる。このように、増幅器を用いて送信するレーザ光の光パワーを大きくすることにより、受信光の強度を高め、測定の精度や測定可能な距離を高めることができる。
実施の形態７．
　実施の形態１～６では、光ファイバ部品を用いて装置内のレーザ光の伝搬光路を構成しているが、図７～９に示すように、空間型の光部品を用いレーザ光を空間伝搬させる構成であってもよい。
　この場合、光カプラ類はレーザ光を反射させるミラー等の光学素子により置き換えることができる。例えば図１に示す構成を空間伝搬型の構成とする場合、図７に示すように、光分岐カプラ２ａ，２ｂとしては部分反射ミラーやビームスプリッタ等（図７ではミラー２０ａ～２０ｄ）が利用でき、光合波カプラ４，５，１０としては部分反射ミラー、ビームスプリッタ、帯域通過または帯域反射ミラー等（図７ではミラー２０ｅ～２０ｉ）が利用できる。これらの光学素子は、レーザ光の分岐比や波長に合わせて、反射する波長帯域や反射率を適切に選択して用いる。また、光変調器３ａ，３ｂ、光ファイバ増幅器６、光サーキュレータ７は空間型の素子（光変調器２１ａ，２１ｂ、レーザ増幅器２２、光サーキュレータ２３）にそれぞれ置き換えられる。また、レーザ光の光路は反射ミラー等を用いることにより、適宜変更することが可能である。さらに、偏光の制御が必要な場合には波長板を用いて偏光を制御してもよい。
　以上のように、この実施の形態７によれば、レーザ光の空間伝搬させる構成としたので、空間型の光素子を用いることで、部品が小型であり高密度に実装することができるため、装置を小型化することができる。また、空間伝搬型の構成では、上述の誘導ブリルアン散乱のような非線形効果の発生を抑えることができ、レーザ増幅器２２で非線形効果の制限を受けずに送信光のピークパワーを大きくできる。
　なお図７～９において、装置の一部に光ファイバ部品を用いるようにしてもよい。特に、レーザ光の分岐や合波を行うミラーに光ファイバカプラを用いると、アライメント調整が必要なくなるため、容易に装置を構成することができるようになる。また、例えばレーザ増幅器２２の部分だけを空間型にすることで、非線形効果の制限を受けずに送信光のピークパワーを大きくして送信光の光パワーを増加させることもできる。
　また図７～９のように、空間型の光素子を用いた構成は、実施の形態６に示した回折格子９に駆動装置１９を設けた構成にも適用することができる。
　また、上記実施の形態１～７に係るレーザレーダ装置では、目標としてエアロゾルを検出する場合について示したが、これに限るものではなく、目標として、例えば大気、飛翔体、建築物等を検出する場合についても同様に本発明を適用できる。
実施の形態８．
　図１０はこの発明の実施の形態８に係るレーザレーダ装置の構成を示す図である。図１０に示す実施の形態８に係るレーザレーダ装置は、図１に示す実施の形態１に係るレーザレーダ装置の回折格子９を回折格子（分散素子）２６に変更したものである。その他の構成は同様であり、同一の符号を付して異なる部分についてのみ説明を行う。
　回折格子２６は、複屈折材料を用いた透過型の回折格子である。この回折格子２６は、入射する送信光に対して複屈折が生じるように、光学軸が所定の方向に配置されている。なお、複屈折材料としては、水晶（ＳｉＯ２）、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）、カルサイト（ＣａＣＯ３）などの１軸性の複屈折結晶のほか、ＫＹＷ、ＬＢＯ、ＫＴＰなどの２軸性結晶を使用することができる。また、複屈折結晶では、レーザ光の入射光の軸に対して結晶の光学軸が垂直になるように配置すると、通常光線と異常光線の屈折率差を最大にすることができる。
　ここで、複屈折材料に入射したレーザ光は、偏光の状態により通常光線と異常光線に分かれて伝搬する。また、通常光線に対する屈折率と異常光線に対する屈折率はそれぞれ異なる値となる。
　このため、回折格子２６に入射したＣＷレーザ光源１ａに基づく送信光と、ＣＷレーザ光源１ｂに基づく送信光は、それぞれ通常光線と異常光線に分かれて伝搬する。
　そして、回折格子２６を伝搬した送信光は、回折格子２６と空気の界面で屈折して空気中へと出射される。ここで、通常光線と異常光線の屈折率が異なるため、通常光線と異常光線はそれぞれ異なる屈折角で出射される。
　また、ＣＷレーザ光源１ａに基づく送信光とＣＷレーザ光源１ｂに基づく送信光は、周波数が異なるため、それぞれ異なる回折角で出射される。
　これにより、図１０に示す送信光１０５ａ，１０５ｂ，１０６ａ，１０６ｂのように、送信光は異なる４つの方向へと出射されることとなり、図１０に示すレーザレーダ装置では異なる４つの視線方向について風速を測定することが可能となる。
　なお、図１０において、送信光１０５ａは、ＣＷレーザ光源１ａに基づく送信光のうち通常光線に対応する送信光を示している。また、送信光１０６ａは、ＣＷレーザ光源１ａに基づく送信光のうち異常光線に対応する送信光を示している。また、送信光１０５ｂは、ＣＷレーザ光源１ｂに基づく送信光のうち通常光線に対応する送信光を示している。また、送信光１０６ｂは、ＣＷレーザ光源１ｂに基づく送信光のうち異常光線に対応する送信光を示している。
　また図１０の構成では、紙面に平行な平面内に通常光線と異常光線が出射されているが、通常光線と異常光線が紙面に垂直な平面内で角度を持つようにしてもよい。この場合、レーザ光の出射方向を２次元の方向に拡張でき、３次元の風向および風速分布を測定することができる。
　また図１０の構成において、図示せぬ偏光制御手段を用いて、ＣＷレーザ光源１ａに基づく送信光の偏光方向とＣＷレーザ光源１ｂに基づく送信光の偏光方向の一方または両方が、複屈折材料の光学軸と送信光の入射光軸のなす平面に対して平行または垂直となるように、送信光の偏光方向を切替えて変化させてもよい。この場合、複屈折材料で生じる通常光線と異常光線を選択でき、送信光の出射角度を選択できるため、所望の方向だけへと送信光を出射でき観測を行うことができるようになる。
　なお、偏光制御手段による送信光の偏光方向の切替えについては、ＣＷレーザ光源１ａおよびＣＷレーザ光源１ｂの出力偏光状態を直接制御するか、波長板や偏光コントローラなどの偏光素子を用いることにより、制御を行うことができる。
　また図１０の構成において、図示せぬ偏光制御手段を用いて、受信光と局部発信光の偏光方向を一致させるようにしてもよい。この受信光と局部発信光の偏光方向を一致させることにより、効率よく光ヘテロダイン検出を行うことができる。
　また図１１に示すように、偏光分離素子（偏光分離手段）２７により受信光を偏光方向ごとに分離し、偏光スイッチ（切替え手段）２８により局部発信光を偏光方向ごとに経路を切替えて出力し、受信光と局部発信光の偏光方向がそれぞれ一致するようにして合波を行い光ヘテロダイン検出を行うようにしてもよい。
　このように、局部発信光の偏光方向に応じて経路を切替えることにより、局部発信光に必要となる光パワーを少なくすることができ、さらに光ヘテロダイン検出を行うことができるのは受信光のうち一方の偏光方向性分のみである。そのため、１つの光検出器１１のみで所望の方向の観測を行うことができるようになる。
　なお、複屈折材料を用いた透過型の回折格子２６を用いた構成は、実施の形態２～７までのすべてに適用することができる。
　また、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。
　この発明に係るレーザレーダ装置は、単純で安価な構成で、機械的に駆動するスキャナー装置を用いることなく、多視線方向を同時に測定することが可能となり、レーザ光を大気中に出射し、目標による当該レーザ光の散乱光を受信して、その散乱光から目標に関する情報を抽出するレーザレーダ装置等に用いるのに適している。
　１，１ａ，１ｂ，１３，１３ａ，１３ｂ　ＣＷレーザ光源（基準光源）、２，２ａ，２ｂ　光分岐カプラ、３，３ａ，３ｂ，２１ａ，２１ｂ　光変調器、４　光合波カプラ（第１の合波器）、５　光合波カプラ（第２の合波器）、６　光ファイバ増幅器、７，２３　光サーキュレータ、８　送受信光学系、９　回折格子（分散素子）、１０　光合波カプラ（第３，４の合波器）、１１　光検出器、１２　信号処理装置（情報抽出器）、１４，１４ａ，１４ｂ　駆動回路、１５，１７　制御器、１６　光合波カプラ、１８　コリメータ、１９　駆動装置、２０ａ～２０ｉ，２４ａ，２４ｂ，２５ａ～２５ｃ　ミラー、２２　レーザ増幅器、２６　回折格子（分散素子）、２７　偏光分離素子（偏光分離手段）、２８　偏光スイッチ（切替え手段）、１０１ａ，１０１ｂ，１０２ａ，１０２ｂ，１０３ｂ，１０４ａ，１０４ｂ，１０５ａ，１０５ｂ，１０６ａ，１０６ｂ　送信光。

Claims (27)

  1. 　互いに異なる周波数のレーザ光を発振する複数の基準光源と、
    　前記基準光源に対応して設けられ、当該対応する基準光源により発振されたレーザ光を分岐する複数の光分岐器と、
    　前記光分岐器に対応して設けられ、当該対応する光分岐器により分岐された一方のレーザ光を変調する複数の光変調器と、
    　前記各光変調器により変調されたレーザ光を混合して第１の混合光を出力する第１の光合波器と、
    　前記各光分岐器により分岐された他方のレーザ光を混合して第２の混合光を出力する第２の光合波器と、
    　前記第１の光合波器により出力された第１の混合光を出射し、目標による当該第１の混合光の散乱光を受信する送受信光学系と、
    　前記送受信光学系により受信された散乱光と前記第２の光合波器により出力された第２の混合光とを混合して第３の混合光を出力する第３の光合波器と、
    　前記第３の光合波器により出力された第３の混合光からビート信号を検出する光検出器と、
    　前記光検出器により検出されたビート信号から前記目標に関する情報を抽出する情報抽出器と、
    　前記送受信光学系の前方または後方に配置され、入射光の角度および周波数に応じて当該入射光を特定方向に出射する分散素子とを備えた
    　ことを特徴とするレーザレーダ装置。
  2. 　前記基準光源は、発振するレーザ光の周波数が可変である
    　ことを特徴とする請求項１記載のレーザレーダ装置。
  3. 　前記基準光源の動作切替えを行う制御器を備えた
    　ことを特徴とする請求項１記載のレーザレーダ装置。
  4. 　前記基準光源の動作切替えおよび周波数制御を行う制御器を備えた
    　ことを特徴とする請求項２記載のレーザレーダ装置。
  5. 　装置内の光の伝搬光路は光ファイバにより構成された
    　ことを特徴とする請求項１記載のレーザレーダ装置。
  6. 　装置内の送信側の伝搬光路上に少なくとも１つ以上設けられ、入力光の光パワーを増幅する光ファイバ増幅器を備えた
    　ことを特徴とする請求項５記載のレーザレーダ装置。
  7. 　装置内の送信側の伝搬光路上に少なくとも１つ以上設けられ、入力光の光パワーを増幅する空間型のレーザ増幅器を備えた
    　ことを特徴とする請求項６記載のレーザレーダ装置。
  8. 　前記各基準光源により発振されたレーザ光の周波数差は、前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６記載のレーザレーダ装置。
  9. 　特定の周波数のレーザ光を発振する、当該周波数が可変である基準光源と、
    　前記基準光源により発振されたレーザ光を分岐する光分岐器と、
    　前記光分岐器により分岐された一方のレーザ光を変調する光変調器と、
    　前記光変調器により変調されたレーザ光を出射し、目標による当該レーザ光の散乱光を受信する送受信光学系と、
    　前記送受信光学系により受信された散乱光と前記光分岐器により分岐された他方のレーザ光とを混合して第４の混合光を出力する第４の光合波器と、
    　前記第４の光合波器により出力された第４の混合光からビート信号を検出する光検出器と、
    　前記光検出器により検出されたビート信号から前記目標に関する情報を抽出する情報抽出器と、
    　前記送受信光学系の前方または後方に配置され、入射光の角度および周波数に応じて当該入射光を特定方向に出射する分散素子とを備えた
    　ことを特徴とするレーザレーダ装置。
  10. 　前記基準光源の周波数制御を行う制御器を備えた
    　ことを特徴とする請求項９記載のレーザレーダ装置。
  11. 　装置内の光の伝搬光路は光ファイバにより構成された
    　ことを特徴とする請求項９記載のレーザレーダ装置。
  12. 　装置内の送信側の伝搬光路上に少なくとも１つ以上設けられ、入力光の光パワーを増幅する光ファイバ増幅器を備えた
    　ことを特徴とする請求項１１記載のレーザレーダ装置。
  13. 　装置内の送信側の伝搬光路上に少なくとも１つ以上設けられ、入力光の光パワーを増幅する空間型のレーザ増幅器を備えた
    　ことを特徴とする請求項１２記載のレーザレーダ装置。
  14. 　前記分散素子は、反射型または透過型の回折格子である
    　ことを特徴とする請求項１記載のレーザレーダ装置。
  15. 　前記分散素子は、反射型または透過型の回折格子である
    　ことを特徴とする請求項９記載のレーザレーダ装置。
  16. 　前記分散素子の設置角度を変化させる駆動機構を備えた
    　ことを特徴とする請求項１記載のレーザレーダ装置。
  17. 　前記分散素子の設置角度を変化させる駆動機構を備えた
    　ことを特徴とする請求項９記載のレーザレーダ装置。
  18. 　前記分散素子は、１軸性または２軸性の複屈折材料を用いた透過型の回折格子である
    　ことを特徴とする請求項１記載のレーザレーダ装置。
  19. 　前記分散素子は、１軸性または２軸性の複屈折材料を用いた透過型の回折格子である
    　ことを特徴とする請求項９記載のレーザレーダ装置。
  20. 　前記回折格子に対する入射光の軸と結晶の光学軸との角度が垂直である
    　ことを特徴とする請求項１８記載のレーザレーダ装置。
  21. 　前記回折格子に対する入射光の軸と結晶の光学軸との角度が垂直である
    　ことを特徴とする請求項１９記載のレーザレーダ装置。
  22. 　前記基準光源により発振されたレーザ光の偏光方向を制御する偏光制御手段を備えた
    　ことを特徴とする請求項１８記載のレーザレーダ装置。
  23. 　前記基準光源により発振されたレーザ光の偏光方向を制御する偏光制御手段を設けた
    　ことを特徴とする請求項１９記載のレーザレーダ装置。
  24. 　前記送受信光学系により受信された散乱光と前記第２の光合波器により出力された第２の混合光との偏光方向を一致させる偏光制御手段を備えた
    　ことを特徴とする請求項１８記載のレーザレーダ装置。
  25. 　前記送受信光学系により受信された散乱光と前記光分岐器により分岐された他方のレーザ光との偏光方向を一致させる偏光制御手段を備えた
    　ことを特徴とする請求項１９記載のレーザレーダ装置。
  26. 　前記送受信光学系により受信された散乱光を偏光方向ごとに分離する偏光分離手段と、
    　前記偏光分離手段により分離された散乱光に対し、前記第２の光合波器により出力された第２の混合光のうち、偏光方向が一致するものを切替えて出力する切替え手段とを備え、
    　前記第３の光合波器は、前記偏光分離手段により分離された散乱光と、前記切替え手段により切替えて出力された第２の混合光とを混合する
    　ことを特徴とする請求項１８記載のレーザレーダ装置。
  27. 　前記送受信光学系により受信された散乱光を偏光方向ごとに分離する偏光分離手段と、
    　前記偏光分離手段により分離された散乱光に対し、前記光分岐器により分岐された他方のレーザ光のうち、偏光方向が一致するものを切替えて出力する切替え手段とを備え、
    　前記第４の光合波器は、前記偏光分離手段により分離された散乱光と、前記切替え手段により切替えて出力されたレーザ光とを混合する
    　ことを特徴とする請求項１９記載のレーザレーダ装置。
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