(57)【要約】  光伝送システムは、光出力を有するレーザなどの光源を含み、該光出力は、第２の特性の組を有する作動周期を割り込ませた第１の特性の組を有する作動周期をもつように変調される。この出力は、次に、少なくとも２つの信号に分離され、該信号の一方は、該２つの信号が混合される前に、該信号の一方の該第１の特性の組を有する該変調された光出力の一部が、該信号の他方の該第２の特性の組を有する該変調された光出力の一部と対応するように、他方の信号に関して遅延させられる。このことは、単一の光源が、データ搬送信号と同時に局部発信器信号を受信器に与えることを可能にする。このシステムは、気体検出を含むライダー用途に特に適しているが、データ通信システムにも有効である。
2005515449.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光出力を有する光源を備える伝送システムであって、前記光出力は、第２の特性の組を有する作動周期を割り込ませた第１の特性の組を有する作動周期をもつように変調され、前記変調された光出力は、少なくとも第１及び第２の信号に分離され、前記第１の信号は、前記第２の信号と混合される前に、該第１の信号の前記第１の特性の組を有する該変調された光出力の一部が、該第２の信号の前記第２の特性の組を有する該変調された光出力の一部と対応するように、該第２の信号に関する時間量だけ遅延させられることを特徴とするシステム。
【請求項２】
前記光出力の前記第１の特性が一定の周波数であることを特徴とする、請求項１に記載の伝送システム。
【請求項３】
遅延機構がある長さの光ファイバからなることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の伝送システム。
【請求項４】
前記光ファイバが単一モードであることを特徴とする、請求項３に記載の伝送システム。
【請求項５】
前記第２の信号の一部が伝送のためにゲート制御され、該第２の信号のゲート制御された部分の実質的に全てが、前記第１の信号の一部と混合されることを特徴とする、前記請求項のいずれかに記載の伝送システム。
【請求項６】
レーザが、前記光出力の周波数を制御するために、制御信号で駆動されることを特徴とする、前記請求項のいずれかに記載の伝送システム。
【請求項７】
前記レーザが半導体レーザであることを特徴とする、請求項６に記載の伝送システム。
【請求項８】
前記光出力が、前記レーザの外部の変調手段によって変調されることを特徴とする、請求項１から請求項７までのいずれかに記載の伝送システム。
【請求項９】
前記変調手段が音響光学変調器であることを特徴とする、請求項８に記載の伝送システム。
【請求項１０】
前記変調手段が電気光学変調器であることを特徴とする、請求項８に記載の伝送システム。
【請求項１１】
前記変調手段が光弾性変調器であることを特徴とする、請求項８に記載の伝送システム。
【請求項１２】
前記信号が、混合される前に結合されることを特徴とする、前記請求項のいずれかに記載の伝送システム。
【請求項１３】
前記第１の信号の偏波が、混合される前に前記第２の信号の偏波と一致させられることを特徴とする、前記請求項のいずれかに記載の伝送システム。
【請求項１４】
遅延線が偏波保存ファイバを組み込むものであることを特徴とする、請求項１３に記載の伝送システム。
【請求項１５】
前記偏波が機械的な偏波制御装置を用いて一致させられることを特徴とする、請求項１３に記載の伝送システム。
【請求項１６】
前記偏波が電気光学偏波制御装置を用いて一致させられることを特徴とする、請求項１３に記載の伝送システム。
【請求項１７】
前記システムがライダー・システムであることを特徴とする、前記請求項のいずれかに記載の伝送システム。
【請求項１８】
光出力を有する光源を備えるライダー・システムであって、前記光出力は、第２の特性の組を有する作動周期を割り込ませた第１の特性の組を有する作動周期をもつように変調され、該光出力は、少なくとも第１及び第２の信号に分離され、前記第２の信号は、伝送されて、第２の帰還信号として受信され、前記第１の信号は、前記第２の帰還信号と混合される前に、該第１の信号の前記第１の特性の組を有する該光出力の一部が、該第２の帰還信号の前記第２の特性の組を有する該光出力の一部と対応するように、該第２の帰還信号に関する時間量だけ遅延させられることを特徴とするシステム。
【請求項１９】
伝送部と受信部とを備える気体センサであって、前記伝送部は、光出力を有する光源を備え、前記光出力は、第２の特性の組を有する作動周期を割り込ませた第１の特性の組を有する作動周期をもつように変調され、少なくとも第１及び第２の信号に分離され、前記第２の信号は、前記第２の特性の組が前記第１の特性の組と遅れることなく実質的に一致するように、遅れさせられ、前記第１の信号と結合して伝送信号を生成し、前記受信部は、前記伝送信号の受信時に該第１及び第２の特性の組を識別することができる検出器を備えることを特徴とするセンサ。
【請求項２０】
前記特性の組の各々が一定の周波数であり、第１の周波数が第２の周波数と異なることを特徴とする、請求項２０に記載の気体センサ。
【請求項２１】
光出力を有する光源を備える電気通信システムであって、前記光出力は、第２の特性の組を有する作動周期を割り込ませた第１の特性の組を有する作動周期をもつような変調信号を備えるように変調され、前記変調された光出力は、遠隔地に伝送されて、そこで受信され、前記変調信号を再現する復調器を用いて復調され、
該光出力の生成と復調との間のある点で、該変調された光出力は、少なくとも第１及び第２の信号に分離され、前記第１の信号は、該変調信号の再生成を助けるために、該第１の信号の前記第１の特性の組を有する該光出力の一部が、前記第２の信号の前記第２の特性の組を有する該光出力の一部と対応するように、該第２の信号に関する時間量だけ遅延させられることを特徴とするシステム。
【請求項２２】
前記変調された光出力が、前記遠隔地に伝送される前に少なくとも第１及び第２の信号に分離されることを特徴とする、請求項２１に記載の電気通信システム。
【請求項２３】
前記変調された光出力が、前記遠隔地に伝送された後に少なくとも第１及び第２の信号に分離されることを特徴とする、請求項２１に記載の電気通信システム。
【請求項２４】
光信号を伝送する方法であって、
光出力を有する光源を設け、
前記光出力を、第２の特性の組を有する作動周期を割り込ませた第１の特性の組を有する作動周期をもつような変調信号を備えるように変調し、
前記変調された光出力を受信部に通し、
受信済みの該変調された光出力を前記受信部で復調して、前記変調信号を実質的に再生成する、
ことを含み、
該光出力の生成と復調との間のある点で、該変調された光出力は、少なくとも第１及び第２の信号に分離され、前記第１の信号は、該変調信号の再生成を助けるために、該第１の信号の前記第１の特性の組を有する該光出力の一部が、前記第２の信号の前記第２の特性の組を有する該光出力の一部と対応するように、該第２の信号に関する時間量だけ遅延させられることを特徴とする方法。
【請求項２５】
前記分離が、前記変調された光出力が前記受信部に通される前に行われることを特徴とする、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記分離が、前記変調された光出力が前記受信部に通された後に行われることを特徴とする、請求項２４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光伝送システムに関する。本発明は、より具体的には、コヒーレント通信システム、及び、光周波数で情報を伝送し、受信する他のシステムに用いられる局部発振器信号を発生する技術に関係する。
【背景技術】
【０００２】
従来のコヒーレント光通信システムは、受信した信号の受信時に、該受信した信号を、処理するのに都合のよい周波数に下方変換する。これには、受信した信号を、該受信した信号からある都合のよい周波数だけオフセットさせた局部発振器信号と混合することが含まれる。このことは、出力を異なる（下方変換した）周波数で生成することになり、この場合、典型的には、その後の処理について、より低コストの構成要素を用いることができる。直接(非干渉性)検出に優るこのシステムの利点は、同期検出法を用いることを可能にするように、下方変換された信号において位相情報が維持されることであり、さらに、バックグラウンドノイズ又は非効率な検出器感度が信号の不十分な回復をもたらすスペクトル領域において、最高レベルの性能を与えることができることである。
【０００３】
こうした光学的処理が求められるシステムの１つは、ライダーである。ここでは、光信号が目標に伝送され、該目標からの反射を受信し、次いで、処理して、該目標に関する情報を得る。一般に、伝送される信号は、帰還信号が、範囲、速度、振動又は反射率特性などの、目標に関する付加的な情報を含むような何らかの方法で変調される。
【０００４】
ライダー・システムに用いられる通常の変調方法は、伝送に先立って信号を「チャープ」するものである。チャープは、信号に適用される何らかの形態の周波数スイープであり、該スイープは、連続的なもの若しくは不連続な階段状のもの、又は両方の組み合わせとすることができる。チャープを含む信号は、等しいパルス幅の非チャープ信号と比較して、システムのレンジ分解能を改善するように処理することができる。従来、ライダー・システムのレンジ分解能は、伝送されるパルス幅を狭めることによって改善された。パルスを狭めて、さらに、同一の伝送エネルギーを維持することで同一のレンジを維持する場合、該パルスのピーク出力を増加させることが必要であり、このことはより高価で、より大きなシステムをもたらす。持続時間の長いチャープパルスは、レンジ性能を犠牲にすることなくピーク出力を低く保った状態で、同一のエネルギーをもつ短パルスのレンジ分解能の性能をエミュレートすることができる。チャープの帯域幅は、システムのレンジ分解能の向上に正比例する。
【０００５】
この技術は、パルスを圧縮するように帰還信号をフィルタ処理するので、チャープパルス圧縮（ＣＰＣ）として知られる。帰還信号は、フィルタ処理が行われる前に、信号処理がより簡単で、より安価となる低周波数に下方変換される。これは、帰還信号を、周波数を適切な量だけ該帰還信号からオフセットさせた局部発振器信号（ＬＯ）と混合することによって行われる。
他の変調スキームには、光信号を変調する段階か、又は振幅変調などの他の何らかの変調形態を用いる段階が含まれる。
【０００６】
こうした伝送システムにおける局部発振器信号の発生は、これまでは、２つの別個の方法で行われてきた。システムの１つは、単一のレーザを用いるものであり、該レーザの出力は２つに分離される。一方は、次に、伝送されて目標から反射される前に、変調器を通過させて変調を加え、他方は、変調させずにＬＯ信号を提供する。これらの２つの信号は、次に、互いに混合されて、下方変換された信号を生成する。このことは、ＨｕｌｍｅらのＯｐｔｉｃａｌ  ａｎｄ  Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ、Ｖｏｌ１３、Ｐ３５（１９８１）に、より詳細に記載されている。他のアプローチは、２つのレーザを用いるものである、すなわち、第１のレーザは一定の周波数の局部発振器として機能し、第２のレーザは従来どおり変調し、次いで伝送する。この一例は、Ｆｉｒｅｐｏｎｄ  ｌａｓｅｒ  ｒａｄａｒ  ｓｙｓｔｅｍであり、Ａ．Ｊｅｌｌａｌｉａｎによる「Ｌａｓｅｒ  Ｒａｄａｒ」、Ａｒｔｅｃｈ  Ｈｏｕｓｅ、Ｂｏｓｔｏｎ（１９９２）に詳しい。第１の技術は、チャープの帯域幅が、（レーザに対して）外部にある変調器で達成することができるものに限定されるという欠点を有する。外部変調器は、レーザ自体でビームを変調する場合と比較すると、その変調能力がより制限される。第２の方法は、２つのレーザが必要であり、該レーザ間の周波数ドリフトのせいで、不安定性を免れない可能性がある。
【０００７】
光信号は、電気通信などの通信システム、並びに、デジタル及びアナログデータ伝送システムにも用いられる。自由空間を越えて信号を伝送するシステムもあるが、これらのシステムは、一般に、光ファイバ伝送媒体を採用する。こうした信号の検出は、通常は、非干渉性の手法で実施され、この場合、ＬＯは必要とされず、最小チャネル間隔に制限を加えるものである。
【発明の開示】
【０００８】
本発明によれば、光出力を有する光源を備え、該光出力は、第２の特性の組を有する作動周期を割り込ませた第１の特性の組を有する作動周期をもつように変調され、該変調された光出力は、少なくとも第１及び第２の信号に分離され、該第１の信号は、該第２の信号と混合される前に、該第１の信号の該第１の特性の組を有する該変調された光出力の一部が、該第２の信号の該第２の特性の組を有する該変調された光出力の一部と対応するように、該第２の信号に関連する時間量だけ遅延させられることを特徴とする、伝送システムが提供されている。
光源は、レーザであることが好ましい。
【０００９】
本発明は、単一のレーザを、ＬＯ信号と伝送用に変調された信号との両方を生成するのに用いることを可能にする。このことは、変調をレーザ内部で生成することができ、これが、第２のレーザを設けて安定化させる必要なく広い帯域幅の信号を発生することを可能にするという、従来技術に優る利点を提供する。幾つかの用途では、外部変調器の形態で付加的な変調段階を採用して、光出力をさらに変調することが有利である。外部変調器は、光信号が第１及び第２の信号に分離される前に配置してもよく、又は、該外部変調器が、該第１又は第２の信号のどちらかにだけ作動するように配置してもよい。外部変調器は、音響光学変調器、電気光学変調器、又は光弾性変調器とすることができる。他のタイプの変調器が適切なこともある。
【００１０】
遅延は、ある長さの光ファイバ・ケーブルを用いて実現することが好ましい。遅れさせる信号は、ファイバへ送り出され、該ファイバの長さに比例する遅延を伴って、他端から出て来ることになる。このファイバは、単一モード・ファイバであることが好ましい。このファイバは、偏波保存ファイバであってもよい。
【００１１】
ここで用いられるとき、遅延という用語は、他方の信号と比較した一方の信号の推移持続時間が、該一方の信号の第１の特性の組が該他方の信号の第２の特性の組と混合されることを確実にするのに適していることを保証する意味で用いられることに、留意すべきである。これは、一方の信号が、より長い推移持続時間を持たなければならないことを意味するものと解釈されるべきではない。例えば、ライダー用途においては、一方の信号は、該一方の信号が他方の参照信号と混合される結合器に通される前に、目標に対して伝送され、該目標から反射して受信されることになる。遅延線は、２つの信号は適切に混合するが、伝送された信号の実際の推移時間が特定の構成によってより長く又はより短くなってもよいことを保証するように、参照信号に対して採用されることが有利な場合がある。
遅延線の遅延時間は、システムの必要条件によって変化させることができることが有利である。これは、必要に応じて追加遅延部を遅延線全体の中に若しくは外に連結することによって、又は、他の何らかの適切な手段によって、行うことができる。
【００１２】
電気通信用途の場合、本発明は、変調された信号を発生させるシステムが、受信した信号を復調するシステムで用いられることになる局部発振器信号を供給することも可能にする。第１の信号を、第２の信号に関して遅れさせ、次に該第２の信号と結合させて、合成信号を形成することができる。このように、本発明は、第２の特性の組を有する第２の信号の部分と同時に、第１の特性の組を有する第１の信号の部分を送る能力を提供する。このように、信号は、そのＬＯと同時に伝送されて、簡単な復調を可能にする。
こうしたシステムは、第１及び第２の特性の組の各々の２つの複製を交互に送る。したがって、これらの信号上に変調されたあらゆるデータは実際には２度送られ、改善されたエラー検出又は補正手段を受信器に採用することを可能にする。
【００１３】
代替的手法では、第１及び第２の特性の組を含むレーザからの信号を遠隔地に伝送することができ、そこでは、次に、受信した信号は２つに分離され、分離された信号の一方は、第１の信号からの該第１の特性の組が第２の信号からの該第２の特性の組と結合するように、他方に関して遅れさせられる。このことが、変調された信号とそのＬＯ信号とを復調器に対して同時に与えて、同様に簡単な復調を可能にする。
【００１４】
多くの用途について、光出力の第１の特性の組は、該光出力が一定の周波数及び一定の振幅に保たれるものである。これは、通常は通信及びライダー・システムに採用されるような一定の周波数のＬＯ信号として用いることができる。幾つかの用途では、その周波数若しくは振幅、又はそれらの組み合わせ、又は他の特性を変化させる信号を組み込む第１の特性の組を採用することが有利な場合がある。これは、伝送システムによって加えられる、信号の何らかの既知のアーチファクトを除去することが望ましい。
【００１５】
第２の特性の組は、典型的には、光信号に求められる変調を含むことになる。例えば、信号は、この周期の間、チャープするか、振幅変調するか、角度変調するか、又は、他の何らかの適切な手法で変調することができる。
第１及び第２の特性の組のいずれか又は両方は、時間の経過と共に変化することができることに留意すべきである。例えば、データを第２の特性の周期にコードするデータ伝送システムは、一般に、該第２の特性の周期の各々で異なるデータを伝送することになる。
【００１６】
レーザは、用途に適したいずれかのタイプのレーザとすることができる。ライダー用途に用いられる場合、レーザは、システム特性によって必要とされる出力に従って該レーザの光出力を振幅又は波長に関して変更するために、制御できることが好ましい。典型的には、制御信号は、コンピュータシステムを用いて発生させることになるが、例えばハードウェアによる波形発生器などの他の方法を採用してもよい。電気通信システムでは、レーザからの光信号の振幅又は波長を変化させることができる１つ又はそれ以上の外部変調器を採用することが有利な場合がある。レーザは、半導体レーザとすることができる。半導体レーザは、該レーザに対する駆動電流を制御することによって変調することができる。
【００１７】
遅延線の時間遅延は、システムに適するように定められる。ライダー用途においては、遅延は、少なくとも、ライダー・システムから送り出されて、システムの最大レンジで目標から反射される電磁信号の往復飛行時間の遅延となるように定められる。遅延線の遅延は、信号がシステムの伝送及び受信光学系を通過するのにかかる時間を許容するために、増加させることが好ましい。
電気通信用途では、第１の特性を有する実質的にすべての信号が第２の特性を有する実質的にすべての信号と混合することができるように、該第１及び第２の特性の組の間で等しい時間周期を費やし、そのため最大の時間効率をもたらす光出力を有することが好ましいであろう。この状況においては、遅延時間は、第１又は第２の特性の組のいずれかと実質的に同一の時間周期に設定されることになる。
【００１８】
第１及び第２の特性の組の両方の持続時間は、システムに適するように定められる。ライダー用途においては、各々の持続時間は、他の要因の中でも、ライダー・システムの最大及び最小レンジによって左右されることになる。第２の信号に関して遅延線によって第１の信号に与えられる選択された時間遅延は、最小及び最大レンジ必要条件を含むシステム・パラメータによって影響を受けることもある。
電気通信用途では、好ましくはデータのパケットの持続時間と等しい遅延を有することになる。本発明の文脈において、データのパケットとは、第１又は第２の特性の組のいずれかの間に、出力波形の単一の周期上に存在するデータである。
【００１９】
第１及び第２の信号の混合は、何らかの標準的な手段によって実行することができる。変調信号の復調すなわち回復は、何らかの標準的な手段によって実行することができ、このような方法は、当業者によく知られているであろう。第１及び第２の信号は、混合される前に結合することができる。結合処理は、第１及び第２の信号の偏波を一致させることが好ましい。偏波は、機械的な偏波制御装置を用いるか、電気光学偏波制御装置によって、又は他の何らかの適切な手段によって、一致させることができる。
【００２０】
本発明の別の態様によれば、光出力を有する光源を備え、該光出力は、第２の特性の組を有する作動周期を割り込ませた第１の特性の組を有する作動周期をもつように変調され、該光出力は、少なくとも第１及び第２の信号に分離され、該第２の信号は、伝送されて、第２の帰還信号として受信され、該第１の信号は、該第２の帰還信号と混合される前に、該第１の信号の該第１の特性の組を有する該光出力の一部が、該第２の帰還信号の該第２の特性の組を有する該光出力の一部と混合するように、該第２の帰還信号に関連する時間量だけ遅延させられることを特徴とする、ライダー・システムが提供されている。
【００２１】
本発明の別の態様によれば、光出力を有する光源を備え、該光出力は、第２の特性の組を有する作動周期を割り込ませた第１の特性の組を有する作動周期をもつような変調信号を備えるように変調され、該変調された光出力は、遠隔地に伝送されてそこで受信され、変調信号を再現する復調器を用いて復調され、
該光出力の生成と復調との間のある点で、該変調された光出力は、少なくとも第１及び第２の信号に分離され、該第１の信号は、該変調信号の再現を助けるために、該第１の信号の該第１の特性の組を有する該光出力の一部が、該第２の信号の該第２の特性の組を有する該光出力の一部と対応するように、該第２の信号に関連する時間量だけ遅延させられることを特徴とする、電気通信システムが提供されている。
【００２２】
光出力の第１及び第２の信号への分離と、該信号の一方の、他方に関する遅延とは、伝送器又は受信器の内部で行うことができる。それが伝送器内で起こる場合には、信号は、遠隔地に伝送される前に結合されることが好ましい。
【００２３】
本発明の別の態様によれば、伝送部と受信部とを備え、該伝送部は、光出力を有する光源を備え、該光出力は、第２の特性の組を有する作動周期を割り込ませた第１の特性の組を有する作動周期をもつように変調され、少なくとも第１及び第２の信号に分離され、該第２の信号は、該第２の特性の組が該第１の特性の組と遅れることなく実質的に一致するように、遅れさせられ、該第１の信号と結合されて伝送信号を生成し、該受信部は、該伝送信号の受信時に該第１と該第２の特性の組を識別することができる検出器を備えることを特徴とする、気体センサが提供されている。
【００２４】
第１及び第２の特性の組は、等しい持続時間であることが好ましい。第１の特性の組は、一定の周波数からなることが好ましい。第２の特性の組は、第１の特性の組の周波数とは異なる一定の周波数からなることが好ましい。
【００２５】
本発明のさらに別の態様によれば、
光出力を有する光源を設け、
該光出力を、第２の特性の組を有する作動周期を割り込ませた第１の特性の組を有する作動周期をもつような変調信号を備えるように変調し、
該変調された光出力を受信部に通し、
受信済みの該変調された光出力を該受信部で復調して、該変調信号を実質的に再現する、
ことを含み、
該光出力の生成と復調との間のある点で、該変調された光出力は、少なくとも第１及び第２の信号に分離され、該第１の信号は、該変調信号の再現を助けるために、該第１の信号の該第１の特性の組を有する該光出力の一部が、該第２の信号の該第２の特性の組を有する該光出力の一部と対応するように、該第２の信号に関連する時間量だけ遅延させられることを特徴とする、光信号を伝送する方法が提供されている
【００２６】
変調された光出力の分離は、該変調された光出力が受信部に通される前か又は後のどちらかで行うことができる。
本発明の実施形態は、ここでは、添付の説明図を参照して、例示のみの目的で説明されるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
図１は、単一のレーザ１を組み込む先行技術のライダー・システムの部分を示し、該レーザの光出力５は、半銀被覆型のミラー４を用いて、第１及び第２の光信号に分離される。第１の光信号６は、次いで、変調器２を通過し、レンズ７などの光学系を経由して目標（図示せず）に伝送され、該目標からの反射信号８は、レンズ９などの光学系を経由して受信され、次に、第２の半銀被覆型のミラー１１を用いて、光出力５の第２の光信号１０と結合される。結合した信号１２は、次に、標準的な検出手段３を用いて検出される。このように、レーザは、局部発振器信号１０と、伝送用の（外部変調器２を経由する）符号信号との両方を供給する。典型的には、符号信号は、経時的な線形ランプ周波数からなる。このシステム形態の欠点は、現行の外部変調器の性能が、変調を適用できるものに制限を課すことである。外部変調器を用いて周波数シフトを与える通常の方法は、音響光学変調器を用いることである。この技術に基づく変調器は、異なる周波数は異なる角度で回折するという事実のせいで、帯域幅が制限される。この角度シフトは、変調されたビームの広がりを充分小さな角度に維持するためには、帯域幅が低く保たれなければならないことを意味する。このことにより、得ることができる帯域幅が制限され、その結果として、解像度が制限されることになる。
【００２８】
図２は、従来技術のライダー・システムの代替的な実施形態を示す。ここでは、２つのレーザ１３、１４を用いて、それぞれ、変調された伝送信号及び局部発振器信号を供給する。この場合も、変調された信号は、典型的には、周波数ランプ信号である。第１のレーザ１３の変調された出力１５は、半銀被覆型のミラー１６を用いて第１及び第２の光信号に分離され、該第１の光信号は光学系１７を経由して目標に伝送され、該第２の光信号は、参照検出器４９に向かう。目標から戻って受信された信号１８は、光学系１９を経由して、レーザ１４からの局部発振器信号２１’と共に信号検出器２０に伝送される。信号２１の一部２１”は、分離されて、参照検出器へ送られる。参照検出器の出力は、レーザ１３と１４との間のオフセット周波数を制御するのに用いられる。この実施形態は、レーザを容易に変調させることはできるが、予測可能な信号を検出器から得るために２つの間の既知の周波数差を維持することは難しいという問題があり、２つの個々のレーザは互いに対して周波数がドリフトする傾向があるので、特別なハードウェアを必要とする。
【００２９】
ライダー・システムに適用される本発明の実施形態は、図３に与えられる。レーザ２２は、光出力２３を二方向スプリッタに供給する。光出力２３は、第１の時間周期の間、一定の周波数のままとなるように構成され、その後、第２の時間周期の間、周波数ランプの形に変調され、この動きを連続的なサイクルで繰り返す。スプリッタ２４の一方の出力２５は、ある長さの単一モード光ファイバからなる遅延線２７に供給される。スプリッタ２４の他方の出力２６は、この場合は入る光信号の一部を遅れずに選択的にゲート制御又はウィンドウ制御できるパルス音響光学変調器（ＡＯＭ）である、光学シャッタ２８方向へ向かう。それは、１００％の変調指数を有する増幅変調器として機能することが理想的である。シャッタ２８は、図には示されない回路によって制御されて、レーザ放射線２６のチャープ部２９をライダー・システムの最前部３０へ通過させ、そこで目標に伝送する。所望であれば、信号は、伝送前にさらに変調することもできる。例えば、データを信号に加えるか、又は、信号をさらに変調して、付加的な情報量を受信信号に与えることもできる。
【００３０】
目標から反射されて戻る帰還信号３３は、受信光学系３１を通過して結合器３２に入る。結合器への第２の入力は、遅延線２７の出力３８である。遅延線の時間遅延は、信号３８が信号３３と結合するとき、一方の信号の第１の特性の組が、他方の信号の第２の特性の組と遅れずに一致することを確実にする状態で、該２つの信号３８、３３の間に時間シフトが存在するように定められる。したがって、目標からの帰還チャープ信号は、一定の周波数の信号と結合される。結合した信号は検出器３４に通され、そこで信号の検出が行われる。ＬＯ信号として機能する既知の一定周波数が存在することで、一連の処理の後程の信号解析処理が改善される。
【００３１】
用いられるレーザ２２は、外部共振器型の半導体レーザで、周波数制御は、装置への駆動電流を制御することによって行われる。線形ランプ電流は、ほぼ線形なランプ周波数を生成する。駆動電流の波形は、レーザ特性の情報が与えられるいかなる所望の周波数分布も提供するように、当然に調節することができる。したがって、いかなる非線形性も修正することができる。
【００３２】
図４は、本発明で用いることができる典型的な出力波形３７を示す。図４ａは、一定の周波数である第１の特性３５を有する波形３７を示し、これは復調処理に用いられる局部発振器（ＬＯ）周波数である。波形は、第１の特性３５の周期ｔ1の後に続いて、周期ｔ2の周波数チャープである第２の特性３６を有する。図４ｂは、図４ａの波形３７をｔ1とｔ2との間のどこかでの遅延によって遅延させた波形３７’を示し、この遅延は、該波形３７が遅延線２７を通ることによって実現される。波形３７’のチャープ３６は、波形３７の時間周期ｔ1内で完全に生じることが理解できる。遅延路の遅延は、ゼロから、実際の遅延線を実行することで達成可能なものまでのいずれにすることもできる。ライダー用途においては、遅延は、他方の信号に関して、信号が目標に達して受信システムに戻るまでの飛行時間だけ、一方の信号に加えられる。信号が受信システムで結合されるとき、該信号に与えられた相対的な時間シフトを考慮する必要があり、そのため、遅延線の遅延時間と、目標までの信号の飛行時間によってもたらされる遅延とは、共に明らかにされなければならない。時間周期ｔ1及びｔ2の持続時間を決定するときは、システムの最小レンジとシステムの最大レンジとの間で、光信号の往復飛行時間を考慮すべきであるということにも留意する。
【００３３】
レーザの駆動電流と、ある範囲内の周波数出力との間には、ほぼ線形の関係が存在するので、図４ａ及び図４ｂのグラフの縦軸は、該駆動電流を表すと考えることもできるであろう。このように、出力周波数は、レーザの駆動電流に勾配を付けることによりチャープされる。
【００３４】
これらの信号を図３のシステムに適用する場合、時間ｔ1及びｔ2並びに遅延線の遅延時間ｔdは、目標から戻った信号３３が遅延線の出力である信号３８に対して遅れ、該システムに求められる範囲のすべてについて、図４ｂの特性３６が時間的に図４ａの特性３５内に収まり続けるように選択することが理想的である。システムの他の制約もまた、これらの変数に制限を課すことに留意する。２つの信号が結合される点における該信号間の適切な位相関係を確実なものとすることは、遅延線を、参照となる信号の光路ではなく、伝送される信号の光路に組み込むことによって達成することもできる。こうしたシステムでは、図３の遅延線２７は、図に示されるような下方の光路ではなく、上方の光路に現れることになるであろう。
【００３５】
図５は、電気通信システムに組み込まれる本発明を示す。第１及び第２の特性を有する光信号４１が生成され、ここでは、該第２の特性は、データストリームに従って変調される光信号からなる。変調は、光信号を生成するレーザ３９内においてか、又は分離した光変調器４０を用いて外部的にかのいずれかで生じさせることができる。第１の特性は、信号４１の第２の特性を復調することが必要なとき、都合のよい局部発振器（ＬＯ）信号として機能できるように選択する。信号４１は、次いで、どこかの遠隔地点に伝送され、そこでまず、スプリッタ４３を用いて２つの受信信号４５、４６に分離される。一方の信号４５は、遅延線４４を通過して、遅延バージョン４７を生成する。遅延時間は、信号４７の第２の特性が、信号４６の第１の特性と遅れずに一致するように選択する。信号４６及び４７は、次いで、復調器４８に送り込まれ、そこで、原データストリームの複製が抽出される。
【００３６】
図６は、気体センサとして採用される本発明のさらなる実施形態を示す。ここでは、気体センサは、目標気体雲５２を通して信号５１を伝送し、いずれかの反射信号を受信するように構成されるライダー・システム５０からなる。信号は、少なくとも２つの異なる波長を含むように構成され、これらの波長は、一方が目標気体種の吸収特性と一致することが知られ、他方が該気体種によって比較的影響を受けずに留まるように、選択される。受信器での２つの周波数の相対的な減衰は、光路における目標種の濃度の尺度を与える。
従来技術の方法は、２つのレーザを採用して２つの異なる波長を発生するか、又は、第１の波長で信号を送り、続いて第２の波長で信号を送るかのどちらかである。後者は、第１及び第２の信号を送る間に、気体雲の特性が変化するかもしれないという欠点を有する。
【００３７】
本発明の気体センサライダーの伝送部は、２つの異なる波長の間で遅れずに交互に替わる信号５４を生成するレーザ５３を備える。この信号は、一方に遅延線が組み込まれている２つの経路に分離され、次に、再結合される。遅延周期は、信号を結合器５５で結合するとき、該信号が、２つの波長を同時に含むように定められる。この信号は、次に、目標気体雲５２に伝送され、反射体５６で反射して戻る。反射信号５７は、次に、２つの波長の相対的な振幅を比較する受信器（図示せず）に通される。図６は、地形モードで作動するシステムを示し、ここでは、固体目標５６が反射体として用いられ、その間の光路が解析される。気体雲を構成する粒子から分散した後方散乱を、帰還信号５７を得るのに用いることもできる。
本発明の他の実施形態及び用途は、当業者に明らかとなるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】従来技術のライダー・システムの一実施のブロック線図を概略的に示す。
【図２】従来技術のライダー・システムの別の実施のブロック線図を概略的に示す。
【図３】本発明による伝送システムの一実施形態のブロック線図を概略的に示す。
【図４ａ】図３の実施形態に用いられる、本発明に適用可能なレーザ出力波形を概略的に示す。
【図４ｂ】図３の実施形態に用いられる、本発明に適用可能なレーザ出力波形を概略的に示す。
【図５】本発明によるシステムの第２の実施形態を概略的に示すものであり、これは電気通信システムである。
【図６】本発明によるシステムの第３の実施形態を概略的に示すものであり、これは気体検出システムである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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