(57)【要約】  偏光多重信号光を用いるデジタルコヒーレント通信方式において、送信光と受信光とを高精度に分離して光信号を送受信できない。  本発明の光空間伝送システムは、偏波状態が互いに直交する第１の受信光および第２の受信光を放射する第１の送受信装置と、偏波状態が第１の受信光と同じ状態である第１受信光成分および偏波状態が第２の受信光と同じ状態である第２受信光成分を時間的に交互に含む第３の受信光を放射する第２の送受信装置と、を備える。
2014136421.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
偏波状態が互いに直交する第１受信光成分および第２受信光成分を時間的に交互に含む受信光が入射すると共に、前記第１受信光成分と直交する偏波状態を有する第１送信光および前記第２受信光成分と直交する偏波状態を有する第２送信光を外部空間の所定の方向に向けてそれぞれ放射するアンテナ部と、
前記第１送信光を生成する第１送信器と
前記第２送信光を生成する第２送信器と
入射された前記受信光と生成した前記第１送信光とを偏波状態に応じて分離し、前記第１受信光成分と第１送信光とを同軸上の異なる方向に出力する第１偏波合分波回路と、
入射された前記受信光と生成した前記第２送信光とを偏波状態に応じて分離し、前記第２受信光成分と第２送信光とを同軸上の異なる方向に出力する第２偏波合分波回路と、
出力された第１受信光成分と第２受信光成分とを合波して処理する受信器と、
を備える送受信装置。
【請求項２】
前記受信光の光軸の向きを検出する検出手段と、
前記検出した受信光の光軸に基づいて、前記アンテナ部の向きを制御する制御手段と、
をさらに備える請求項１記載の送受信装置。
【請求項３】
前記第１偏波合分波回路と受信器との間に配置され、波長に基づいて前記第１偏波合分波回路の出力から前記第１送信光の漏れ光を除去する第１光フィルタと、
前記第２偏波合分波回路と受信器との間に配置され、波長に基づいて前記第２偏波合分波回路の出力から前記第２送信光の漏れ光を除去する第２光フィルタと、
さらに備える、請求項１または２記載の送受信装置。
【請求項４】
偏波状態が互いに直交する第１の受信光および第２の受信光が入射すると共に第３の送信光を外部空間へ放射するアンテナ部と、
信号光を生成する送信器と、
前記生成された信号光を、前記第１の受信光と直交する偏波状態を有する第１送信光成分および前記第２の受信光と直交する偏波状態を有する第２送信光成分を時間的に交互に含んだ信号光へ変調する変調器と、
前記変調された信号光を偏波状態に応じて分離し、第１送信光成分および第２送信光成分を抽出する偏波分波回路と、
抽出された前記第１送信光成分と第１の受信光とを同軸上の異なる方向に出力する第１合分波回路と、
抽出された前記第２送信光成分と第２の受信光とを同軸上の異なる方向に出力する第２合分波回路と、
前記第１の受信光および第２の受信光を偏波状態に応じて分離して前記第１合分波回路および第２合分波回路へそれぞれ出力すると共に、第１合分波回路から出力された第１送信光成分および第２合分波回路から出力された第２送信光成分を合波して第３の送信光としてアンテナ部へ出力する偏波合分波回路と、
前記第１合分波回路から出力された第１の受信光および前記第２合分波回路から出力された第２の受信光を合波して処理する受信器と、
を備える送受信装置。
【請求項５】
前記変調器は所定の時間間隔のクロック信号に基づいて前記送信光を変調し、
前記クロック信号を出力するクロック回路と、
前記第１合分波回路と受信器との間に配置され、前記クロック信号に基づいて、前記第１合分波回路の出力の一部から前記第１送信光成分の漏れ成分が含まれる期間以外の出力を抽出して制御手段へ出力する第１検出手段と、
前記第２合分波回路と受信器との間に配置され、前記クロック信号に基づいて、前記第２合分波回路の出力の一部から前記第２送信光成分の漏れ成分が含まれる期間以外の出力を抽出して制御手段へ出力する第２検出手段と、
前記第１検出手段および第２検出手段からの出力に基づいて、前記アンテナ部の向きを制御する制御手段と、
をさらに備える、請求項４記載の送受信装置。
【請求項６】
前記第１合分波回路と受信器との間に配置され、波長に基づいて前記第１合分波回路の出力から前記第１送信光成分の漏れ成分を除去する第１光フィルタと、
前記第２合分波回路と受信器との間に配置され、波長に基づいて前記第２合分波回路の出力から前記第２送信光成分の漏れ成分を除去する第２光フィルタと、
をさらに備える、請求項４または５記載の送受信装置。
【請求項７】
偏波状態が互いに直交する第１の信号光および第２の信号光を放射する請求項１乃至３のいずれか１項記載の第１の送受信装置と、
偏波状態が前記第１の信号光と直交する第１信号光成分および偏波状態が前記第２の信号光と直交する第２信号光成分を時間的に交互に含む第３の信号光を放射する請求項４乃至６のいずれか１項記載の第２の送受信装置と、
を備える光空間伝送システム。
【請求項８】
前記第１の信号光、第２の信号光および第３信号光は円偏光または楕円偏光の信号光であり、
前記第１の送受信装置の第１送信器および第２送信器と前記第２の送受信装置の送信器とはそれぞれ、直線偏光の信号光を生成し、
前記第１の送受信装置のアンテナ部と前記第２の送受信装置のアンテナ部とはそれぞれ、直線偏光を円偏光または楕円偏光へ、円偏光または楕円偏光を直線偏光へ変換するλ／４波長板を備える、
請求項７記載の光空間伝送システム。
【請求項９】
偏波状態が互いに直交する第１受信光成分および第２受信光成分を時間的に交互に含む受信光が入射し、
前記第１受信光成分と直交する偏波状態を有する第１送信光を生成し、
前記第２受信光成分と直交する偏波状態を有する第２送信光を生成し、
入射した受信光と生成した前記第１送信光とを偏波状態に基づいて分離し、前記第１受信光成分と第１送信光とを同軸上の異なる方向に出力し、
入射した受信光と生成した前記第２送信光とを偏波状態に基づいて分離し、前記第２受信光成分と第２送信光とを同軸上の異なる方向に出力し、
前記出力された第１送信光と第２送信光とを所定の方向に向けてそれぞれ外部空間へ放射し、
前記出力された前記第１受信光成分と前記第２受信光成分とを合波して処理する、
送受信方法。
【請求項１０】
偏波状態が互いに直交する第１の受信光および第２の受信光が入射し、
入射した第１の受信光および第２の受信光を偏波状態に応じて分離し、
送信光を生成し、
前記生成した送信光を、前記第１の受信光と直交する偏波状態を有する第１送信光成分および前記第２の受信光と直交する偏波状態を有する第２送信光成分を時間的に交互に含んだ送信光へ変調し、
前記変調された送信光を偏波状態に応じて分離し、前記第１送信光成分および第２送信光成分を抽出し、
抽出された前記第１送信光成分と分離された第１の受信光とを同軸上の異なる方向に出力し、
抽出された前記第２送信光成分と分離された第２の受信光とを同軸上の異なる方向に出力し、
出力された前記第１送信光成分および第２送信光成分を合波して外部空間へ放射し、
出力された前記第１の受信光および第２の受信光を処理する、
送受信方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、偏光多重された信号光を送受信する送受信装置、光空間伝送システムおよび送受信方法に関する。特に、衛星や航空機などの飛翔体と地上基地局との間の通信に用いられる送受信装置、光空間伝送システムおよび送受信方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光空間通信、特に衛星−衛星間の光空間通信などの超長距離光空間伝送においては、単一偏光状態の送信光が用いられるのが一般的である。これは、自局と相手局から放出された送信光を互いの光アンテナを用いて捕捉追尾することによって、単一の光リンクパスを自由空間上に構築した、双方向通信を行うためである。【０００３】
この超長距離光空間伝送においては、自局側から送信される光パワーの強い送信光と、相手局から送信された微弱な受信光と、を広いダイナミックレンジで分離する必要がある。この方法として、異なる波長を適用して両者を波長によって分離する方法や、自局と相手局の送信光の偏光状態によって分離する方法や、それらを組み合わせて用いる方法等が提案されている。【０００４】
例えば、特許文献１には、自局側から送信される光パワーの強い送信光と、相手局から送信された微弱な受信光と、を偏光状態によって分離する技術が開示されている。特許文献１の光空間通信装置のブロック構成図を図６に示す。図６に示した光空間通信装置９０は、光送信器９１において生成された直線偏光の送信光をビームスプリッタ９３において偏波状態に応じて分離し、Ｐ波送信光を光モニタ９４へ、Ｓ波送信光をコリメータレンズ９５へ出力する。【０００５】
光モニタ９４は、入力されたＰ波送信光に基づいて、送信ビームの光軸を調整する。一方、コリメータレンズ９５に出力されたＳ波送信光は、コリメータレンズ９５において平行光線に変換され、λ／４板９６において円偏光に変換され、副鏡９７および主鏡９８においてビーム径が拡大された後、自由空間へ放出される。【０００６】
さらに、図６に示した光空間通信装置９０は、相手局から円偏光の受信光が入射した場合、入射された受信光のビーム径を主鏡９８および副鏡９７において縮小し、λ／４板９６において直線偏光に変換する。さらに、直線偏光に変換された受信光は、コリメータレンズ９５において平行光束に変換された後、ビームスプリッタ９３に入力され、偏光状態に基づいて光受信器９２側へ透過されて復調される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−２１６４６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
次世代の陸上および海底における光ファイバ網に適用される光通信技術として、デジタルコヒーレント光通信方式が注目されている。高感度な受信特性やドップラー周波数シフト補正などのデジタル信号処理の利用の観点から、デジタルコヒーレント光通信方式を衛星や航空機などの飛翔体と地上基地局との間の超長距離光空間伝送へ適用することが検討されている。【０００９】
しかしながら、特許文献１に記載の光空間通信装置９０をそのままデジタルコヒーレント技術に適用することはできない。その理由は、デジタルコヒーレント技術においては、互いに直交する２つの偏光状態をもつ信号光を合波した偏光多重信号光を用いることが前提とされているからである。【００１０】
特許文献１に記載の光空間通信装置９０は、自局側から送信する送信光と相手局から送信された受信光とを偏光状態に応じて分離する。この光空間通信装置９０にデジタルコヒーレント技術を適用し、送信光と受信光とを偏波状態に応じて分離した場合、コヒーレント受信後のデジタル信号処理部で信号の復調ができない可能性が高い。特に、互いに直交した偏光の各信号成分を同時に必要とする偏光分波回路や、通信フレーム構造を大きくして誤り訂正能力を大きくしてある誤り訂正回路において、不具合が発生する確率が高くなる。【００１１】
本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたものであり、偏光多重信号光を用いるデジタルコヒーレント通信方式においても、送信光と受信光とを高精度に分離して光信号を送受信できる送受信装置、光空間伝送システムおよび送受信方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために本発明に係る第１の送受信装置は、偏波状態が互いに直交する第１受信光成分および第２受信光成分を時間的に交互に含む受信光が入射すると共に、第１受信光成分と直交する偏波状態を有する第１送信光および第２受信光成分と直交する偏波状態を有する第２送信光を所定の方向に向けてそれぞれ外部空間へ放射するアンテナ部と、第１送信光を生成する第１送信器と第２送信光を生成する第２送信器と入射した受信光と生成した第１送信光とを偏波状態に応じて分離し、第１受信光成分と第１送信光とを同軸上の異なる方向に出力する第１偏波合分波回路と、入射した受信光と生成した第２送信光とを偏波状態に応じて分離し、第２受信光成分と第２送信光とを同軸上の異なる方向に出力する第２偏波合分波回路と、出力された第１受信光成分と第２受信光成分とを合波して処理する受信器と、を備える。【００１３】
上記目的を達成するために本発明に係る第２の送受信装置は、偏波状態が互いに直交する第１の受信光および第２の受信光が入射すると共に、第３の送信光を外部空間へ放射するアンテナ部と、信号光を生成する送信器と、生成された信号光を、第１の受信光と直交する偏波状態を有する第１送信光成分および第２の受信光と直交する偏波状態を有する第２送信光成分を時間的に交互に含んだ信号光へ変調する変調器と、変調された信号光を偏波状態に応じて分離し、第１送信光成分および第２送信光成分を抽出する偏波分波回路と、抽出された第１送信光成分と第１の受信光とを同軸上の異なる方向に出力する第１合分波回路と、抽出された第２送信光成分と第２の受信光とを同軸上の異なる方向に出力する第２合分波回路と、第１の受信光および第２の受信光を偏波状態に応じて分離して第１合分波回路および第２合分波回路へそれぞれ出力すると共に、第１合分波回路から出力された第１送信光成分および第２合分波回路から出力された第２送信光成分を合波して第３の送信光としてアンテナ部へ出力する偏波合分波回路と、第１合分波回路から出力された第１の受信光および第２合分波回路から出力された第２の受信光を合波して処理する受信器と、を備える。【００１４】
上記目的を達成するために本発明に係る光空間伝送システムは、偏波状態が互いに直交する第１の信号光および第２の信号光を放射する上記の第１の送受信装置と、偏波状態が第１の信号光と同じ状態である第１信号光成分および偏波状態が第２の信号光と同じ状態である第２信号光成分を時間的に交互に含む第３の信号光を放射する上記の第２の送受信装置と、を備える。【００１５】
上記目的を達成するために本発明に係る第１の送受信方法は、偏波状態が互いに直交する第１受信光成分および第２受信光成分を時間的に交互に含む受信光が入射し、第１受信光成分と直交する偏波状態を有する第１送信光を生成し、第２受信光成分と直交する偏波状態を有する第２送信光を生成し、入射した受信光と生成した第１送信光とを偏波状態に基づいて分離し、第１受信光成分と第１送信光とを同軸上の異なる方向に出力し、入射した受信光と生成した第２送信光とを偏波状態に基づいて分離し、第２受信光成分と第２送信光とを同軸上の異なる方向に出力し、出力された第１送信光と第２送信光とを所定の方向に向けてそれぞれ外部空間へ放射し、出力された第１受信光成分と第２受信光成分とを合波して処理する。【００１６】
上記目的を達成するために本発明に係る第２の送受信方法は、偏波状態が互いに直交する第１の受信光および第２の受信光が入射し、入射した第１の受信光および第２の受信光を偏波状態に応じて分離し、送信光を生成し、生成した送信光を、第１の受信光と直交する偏波状態を有する第１送信光成分および第２の受信光と直交する偏波状態を有する第２送信光成分を時間的に交互に含んだ送信光へ変調し、変調された送信光を偏波状態に応じて分離し、第１送信光成分および第２送信光成分を抽出し、抽出された第１送信光成分と分離された第１の受信光とを同軸上の異なる方向に出力し、抽出された第２送信光成分と分離された第２の受信光とを同軸上の異なる方向に出力し、出力された第１送信光成分および第２送信光成分を合波して外部空間へ放射し、出力された第１の受信光および第２の受信光を処理する。
【発明の効果】
【００１７】
上述した本発明の態様によれば、偏光多重信号光を用いるデジタルコヒーレント通信方式においても、送信光と受信光とを高精度に分離して光信号を送受信できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】第１の実施形態に係る光空間伝送システム１０のシステム構成図である。
【図２】第２の実施形態に係る送受信装置１００のブロック構成図である。
【図３Ａ】第３の実施形態に係る送受信装置５００のブロック構成図である。
【図３Ｂ】第３の実施形態に係る入出力ポート７２０のブロック構成図である。
【図４】第３の実施形態に係る送受信装置５００の角度検出器８４１、８４２のゲート制御方法を説明するための図である。
【図５Ａ】第４の実施形態に係る光空間伝送システム９００Ｂにおいて、第１の端局１００Ｂから第２の端局５００Ｂへ情報を伝送している時のシステム構成図である。
【図５Ｂ】第４の実施形態に係る光空間伝送システム９００Ｂにおいて、第２の端局５００Ｂから第１の端局１００Ｂへ情報を伝送している時のシステム構成図である。
【図６】特許文献１の光空間通信装置９０のブロック構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態について説明する。本実施形態に係る光空間伝送システムのシステム構成図を図１に示す。図１において、光空間伝送システム１０は、第１の送受信装置２０および第２の送受信装置３０から成る。
【００２０】
本実施形態では衛星−地上間光通信を想定する。すなわち、大容量の情報を保有し、その情報を伝送する必要がある衛星側の端局を第１の送受信装置２０とし、その相手局である大容量の情報を受信する地上局側の端局を第２の送受信装置３０とする。
【００２１】
ここで、第２の送受信装置３０から第１の送受信装置２０へ送信する情報は、再送命令信号などの制御情報のみとし、第１の送受信装置２０から第２の送受信装置３０へ送信される情報と比較して少ない情報量であるものとする。
【００２２】
第１の送受信装置２０は、偏波状態が互いに直交する第１の信号光４１および第２の信号光４２を第２の送受信装置３０へ向けて放射する。また、第１の送受信装置２０には、偏波状態が互いに直交する第１受信光成分および第２受信光成分を時間的に交互に含む第３の信号光４３が、第２の送受信装置３０から入射する。
【００２３】
ここで、第１の信号光４１と第３の信号光４３の第１受信光成分とは偏波状態が直交し、第２の信号光４２と第３の信号光４３の第２受信光成分とは偏波状態が直交する。図１に示すように、第１の送受信装置２０は、第１送信器２１、第２送信器２２、第１偏波合分波回路２３、第２偏波合分波回路２４、アンテナ部２５および受信器２６を備える。
【００２４】
第１送信器２１は、第２の送受信装置３０から入射される第３の信号光４３の第１受信光成分と直交する偏波状態を有する第１の信号光４１を生成して第１偏波合分波回路２３へ出力する。
【００２５】
第２送信器２２は、第２の送受信装置３０から入射される第３の信号光４３の第２受信光成分と直交する偏波状態を有する第２の信号光４２を生成して第２偏波合分波回路２４へ出力する。
【００２６】
第１偏波合分波回路２３は、アンテナ部２５から入力された第３の信号光４３と、第１送信器２１から入力された第１の信号光４１とを偏波状態に応じて分離し、第１の信号光４１と第３の信号光４３の第１受信光成分とを同軸上の異なる方向に出力する。本実施形態において、第１の信号光４１はアンテナ部２５へ出力されると共に、第３の信号光４３の第１受信光成分は受信器２６へ出力される。
【００２７】
第２偏波合分波回路２４は、アンテナ部２５から入力された第３の信号光４３と、第２送信器２２から入力された第２の信号光４２とを偏波状態に応じて分離し、第２の信号光４２と第３の信号光４３の第２受信光成分とを同軸上の異なる方向に出力する。本実施形態において、第２の信号光４２はアンテナ部２５へ出力されると共に、第３の信号光４３の第２受信光成分は受信器２６へ出力される。
【００２８】
アンテナ部２５には、第２の送受信装置３０から放射された第３の信号光４３が入射される。アンテナ部２５は、入射された第３の信号光４３を第１偏波合分波回路２３および第２偏波合分波回路２４へ出力する。また、アンテナ部２５は、第１偏波合分波回路２３から入力された第１の信号光４１および第２偏波合分波回路２４から入力された第２の信号光４２を第２の送受信装置３０に向けて放射する。
【００２９】
受信器２６は、第１偏波合分波回路２３から入力された第３の信号光４３の第１受信光成分と、第２偏波合分波回路２４から入力された第３の信号光４３の第２受信光成分とを合波して処理する。本実施形態において、受信器２６は、第１受信光成分および第２受信光成分が合波された第３の信号光４３を、デジタルコヒーレント技術を適用して処理する。
【００３０】
一方、第２の送受信装置３０は、偏波状態が互いに直交する第１受信光成分および第２受信光成分を時間的に交互に含む第３の信号光４３を第１の送受信装置２０へ向けて放射する。また、第２の送受信装置３０には、偏波状態が互いに直交する第１の信号光４１および第２の信号光４２が第１の送受信装置２０から入射する。ここで、前述したように、第１の信号光４１と第３の信号光４３の第１受信光成分とは偏波状態が直交し、第２の信号光４２と第３の信号光４３の第２受信光成分とは偏波状態が直交する。
【００３１】
図１に示すように、第２の送受信装置３０は、送信器３１、変調器３２、偏波分波回路３３、偏波合分波回路３４、第１合分波回路３５、第２合分波回路３６、アンテナ部３７および受信器３８を備える。
【００３２】
送信器３１は、第３の信号光４３の元となる信号光を生成して変調器３２へ出力する。
【００３３】
変調器３２は、送信器３１から入力された信号光を、第３の信号光４３へ変調して偏波分波回路３３へ出力する。ここで、第３の信号光４３は、第１の送受信装置２０から入射された第１の信号光４１と直交する偏波状態を有する第１送信光成分および第１の送受信装置２０から入射する第２の信号光４２と直交する偏波状態を有する第２送信光成分を時間的に交互に含む。
【００３４】
偏波分波回路３３は、変調器３２から入力された第３の信号光４３を偏波状態に応じて分離し、第３の信号光４３の第１送信光成分を第１合分波回路３５へ出力すると共に第３の信号光４３の第２送信光成分を第２合分波回路３６へ出力する。
【００３５】
偏波合分波回路３４は、アンテナ部３７から入力された第１の信号光４１および第２の信号光４２を偏波状態に応じて分離し、第１の信号光４１を第１合分波回路３５へ出力すると共に第２の信号光４２を第２合分波回路３６へ出力する。また、偏波合分波回路３４は、第１合分波回路３５から入力された第３の信号光４３の第１送信光成分と第２合分波回路３６から入力された第３の信号光４３の第２送信光成分とを合波し、第３の信号光４３をアンテナ部３７へ出力する。
【００３６】
第１合分波回路３５は、偏波合分波回路３４から入力された第１の信号光４１と、偏波分波回路３３から入力された第３の信号光４３の第１送信光成分とを同軸上の異なる方向に出力する。本実施形態において、第１の信号光４１は受信器３８へ出力され、第３の信号光４３の第１送信光成分は偏波合分波回路３４へ出力される。
【００３７】
第２合分波回路３６は、偏波合分波回路３４から入力された第２の信号光４２と、偏波分波回路３３から入力された第３の信号光４３の第２送信光成分とを同軸上の異なる方向に出力する。本実施形態において、第２の信号光４２は受信器３８へ出力され、第３の信号光４３の第２送信光成分は偏波合分波回路３４へ出力される。
【００３８】
アンテナ部３７には、第１の送受信装置２０から放射された第１の信号光４１および第２の信号光４２が入射する。アンテナ部３７は、入射された第１の信号光４１および第２の信号光４２を偏波合分波回路３４へ出力する。また、アンテナ部３７は、偏波合分波回路３４から入力された第３の信号光４３を第１の送受信装置２０に向けて放射する。
【００３９】
受信器３８は、第１合分波回路３５から入力された第１の信号光４１と、第２合分波回路３６から入力された第２の信号光４２とを合波して処理する。本実施形態において、受信器３８は、第１の信号光４１および第２の信号光４２の合波光を、デジタルコヒーレント技術を適用して処理する。
【００４０】
上記のように構成された光空間伝送システム１０は、第１の送受信装置２０および第２の送受信装置３０において、送信光および受信光をそれぞれ直交する偏波状態を有する２つの成分に分離した状態で、同軸上で合分波する。従って、本実施形態に係る光空間伝送システム１０は、デジタルコヒーレント通信方式を適用した場合でも、送信光と受信光とを高精度に分離して信号光を送受信することができる。
【００４１】
（第２の実施形態）
第２の実施形態について説明する。本実施形態に係る送受信装置は主に、地上観測などに関する画像データを有する地上観測衛星や航空機などの、大容量の情報を伝送する端局に適用される。本実施形態に係る送受信装置の構成図を図２に示す。図２において、送受信装置１００は、２つの光送信器２１０、２２０、光アンテナ部３００および光受信部４００を備える。
【００４２】
光送信器２１０、２２０は、互いに直交する直線偏光の変調信号を発生し、光アンテナ部３００の偏波合分波回路３１１、３２１へそれぞれ出力する。
【００４３】
光アンテナ部３００は、送信光を自由空間へ放射すると共に相手局から出射される信号光を捕捉追尾して光リンクパスを確保する。本実施形態において、光アンテナ部３００は２つの入出力ポート３１０、３２０を備える。入出力ポート３１０、３２０はそれぞれ、偏波合分波回路３１１、３２１、捕捉追尾制御ミラー３１２、３２２、λ／４波長板３１３、３２３、光学望遠鏡３１４、３２４およびジンバル３１５、３２５を備える。
【００４４】
偏波合分波回路３１１、３２１は、入力された信号光を偏光状態に基づいて送信光と受信光とに分離する。偏波合分波回路３１１、３２１は、送信光を捕捉追尾制御ミラー３１２、３２２側へ導くと共に、受信光を光受信部４００の分波器４１１、４２１側へ導く。
【００４５】
捕捉追尾制御ミラー３１２、３２２は、送信光や受信光の光軸方向を制御する。λ／４波長板３１３、３２３は、直線偏光のビームを円偏光に、円偏光を直線偏光に、変換する。光学望遠鏡３１４、３２４は、送受信時のアンテナのゲインを確保する。ジンバル３１５、３２５は、送受信ビームの放射・受信方向を制御する。そして、上記のように構成された入出力ポート３１０、３２０から、互いに直交する偏波状態を有する送信光がそれぞれ放射される。
【００４６】
光受信部４００は、相手局から出射された信号光を受信する機能と、相手局から出射された信号光を捕捉追尾する機能と、を有する。図２に示すように、光受信部４００は、２つの分波器４１１、４１２、４つの光フィルタ４２１、４２２、４３１、４３２、２つの角度検出器４４１、４４２、偏波合分波回路４５０、クロック抽出回路４６０、受信器４７０および制御回路４８０を備える。
【００４７】
分波器４１１、４１２はそれぞれ、光アンテナ部３００の入出力ポート３１０、３２０から入力された受信光を２つに分岐して、光フィルタ４２１および光フィルタ４３１、光フィルタ４２２および光フィルタ４３２へ出力する。
【００４８】
光フィルタ４２１、４２２、４３１、４３２はそれぞれ、受信光と送信光の漏れ光成分とを波長で分離し、送信光の漏れ光成分が除去された受信光を出力する。光フィルタ４２１、４２２において分離された受信光は角度検出器４４１、４４２へ入力される。光フィルタ４３１、４３２において分離された受信光は偏波合分波回路４５０へ入力される。
【００４９】
角度検出器４４１、４４２はそれぞれ、光フィルタ４２１、４２２から入力された受信光の入射角度を検出し、捕捉追尾するための信号を生成し、クロック抽出回路４６０および制御回路４８０へ出力する。
【００５０】
偏波合分波回路４５０は、光フィルタ４３１、４３２から入力された２つの受信光を、それぞれの偏光状態を維持したまま合波して受信器４７０へ出力する。
【００５１】
クロック抽出回路４６０は、角度検出器４４１、４４２から入力された信号から受信光のクロック周波数成分を検出し、検出したクロック周波数成分を受信器４７０へ出力する。
【００５２】
受信器４７０は、クロック抽出回路４６０から入力されたクロック周波数成分に基づいて、偏波合分波回路４５０から入力された偏波合波信号を復調することにより、相手局から出力された各種情報を入手する。
【００５３】
制御回路４８０は、角度検出器４４１、４４２から入力力された信号に基づいて、光アンテナ部３００の捕捉追尾制御ミラー３１２、３２２およびジンバル３１５、３２５の向き等を制御する。
【００５４】
上記のように構成された送受信装置１００は、次のように動作する。先ず、送受信装置１００から相手局へ情報を伝送する場合、光送信器２１０、２２０において送信光を生成し、生成した送信光を光アンテナ部３００の偏波合分波回路３１１、３２１へそれぞれ出力する。偏波合分波回路３１１、３２１は光送信器２１０、２２０から入力された送信光を互いに直交する偏光状態となるように設定する。偏光状態が制御された送信光はさらに、λ／４波長板３１３、３２３において互いに逆方向に回転する円偏光に変換される。
【００５５】
従って、一方の入出力ポート３１０からは単一偏光状態の送信光が自由空間へ放出され、他方の入出力ポート３２０からは一方の送信光の偏光状態と直交関係にある単一偏光状態の送信光が自由空間へ放出される。自由空間へ放出された２つの送信光は、光の回折限界に伴って広がっていくため、相手局では２つの送信光が互いに重なりあり、その重なり合った部分は２つの送信光を偏波多重した一つの送信光とみなすことができる。
【００５６】
次に、送受信装置１００が相手局から出射された受信光を受信する場合、相手局から出射された受信光は光アンテナ部３００に入射される。ここで、光アンテナ部３００には、受信光として、偏光方向が任意のクロック周波数の時間間隔で交互に逆の方向に偏波回転する円偏光の信号光が入射される。
【００５７】
入出力ポート３１０に入射した受信光は、λ／４波長板３１３において交互に逆の方向に回転する円偏光から、直交した２つの直線偏光が交互に変化する信号光に変換される。変換された信号光はさらに、偏波合分波回路３１１において一方の偏光成分のみが抽出されて、光受信部４００の分波器４１１へ出力される。
【００５８】
一方、入出力ポート３２０に入射した受信光は、λ／４波長板３２３において交互に逆の方向に回転する円偏光から、直交した２つの直線偏光が交互に変化する信号光に変換される。変換された信号光はさらに、偏波合分波回路３２１において他方の偏光成分のみが抽出されて、光受信部４００の分波器４２１へ出力される。
【００５９】
すなわち、偏波合分波回路３１１から出力された受信光と、偏波合分波回路３２１から出力された受信光とは、クロック周波数の時間間隔分だけずれた互いに直交する偏光状態を有する信号光となる。この理由は、相手局から入射された受信光は偏光状態がクロック周波数の時間間隔で交互に現れるからである。
【００６０】
また、偏波合分波回路３１１によって分離される受信光の偏光方向は、偏波合分波回路３１１において合波される送信光の偏光方向と直交する。同様に、偏波合分波回路３２１によって分離される受信光の偏光方向は、偏波合分波回路３２１において合波される送信光の偏光方向と直交する。従って、送信光は偏波合分波回路３１１、３２１から分波器４１１、４２１側へは導かれず、受信光のみが分波器４１１、４２１側へ透過される。
【００６１】
入出力ポート３１０、３２０から分波器４１１、４２１へ入力された出力光はそれぞれ、分波器４１１、４１２において分岐され、光フィルタ４２１、４２２、４３１、４３２へ出力される。
【００６２】
光フィルタ４２１、４２２に入力された出力光は、波長に基づいて送信光の漏れ光成分が除去され、受信光のみが角度検出器４４１、４４２へ入力される。一方、光フィルタ４３１、４３２に入力された出力光は、波長に基づいて送信光の漏れ光成分が除去され、受信光のみが偏波合分波回路４５０に入力される。
【００６３】
角度検出器４４１、４４２は、入力された受信光の光軸の角度情報等を取得し、捕捉追尾するための制御信号を生成してクロック抽出回路４６０および制御回路４８０へ出力する。また、偏波合分波回路４５０は、入力した２つの受信光を合波して受信器４７０へ出力する。
【００６４】
受信器４７０は、偏波合分波回路４５０から入力した受信光をクロック抽出回路４６０から入力したクロック周波数成分を用いて復調することにより、相手局から出力された各種情報を取得する。本実施形態において、受信器４７０は、偏波合分波回路４５０から入力した受信光を、デジタルコヒーレント技術を適用して処理する。
【００６５】
制御回路４８０は、角度検出器４４１、４４２から入力された角度情報に基づいて、光アンテナ部３００の捕捉追尾制御ミラー３１２、３２２およびジンバル３１５、３２５を制御する。
【００６６】
一方、クロック抽出回路４６０は、角度検出器４４１、４４２から入力された受信光からクロック周波数成分を抽出して受信器４７０へ出力する。これは、角度検出器４４１、４４２に入力される受信光は、その包絡波形がクロック成分で強度変調されていることによる。
【００６７】
以上のように、本実施形態に係る送受信装置１００は、互いに直交する信号光を別々に処理する２つの入出力ポート３１０、３２０を備える。入出力ポート３１０、３２０の偏波合分波回路３１１、３２１において、受信光と送信光とを偏光状態に基づいて高精度に分離することができる。
【００６８】
さらに、本実施形態に係る送受信装置１００において、送信光の漏れ光成分は、偏波合分波回路３１１、３２１において偏光により分離除去された後、さらに、光フィルタ４３１、４３２において波長によって波長により分離除去される。従って、送信光のノイズ光を含まない微弱な受信光のみが抽出されて受信器４７０に入力する。
【００６９】
従って、本実施形態に係る送受信装置１００は、デジタルコヒーレント通信方式を適用した場合でも、送信光と受信光とを高精度に分離して信号光を送受信することができる。なお、上述の実施形態では、入出力ポート３１０、３２０から円偏光の送信光を放射したが、これに限定されない。例えば、そのまま円偏光に変調せずに直線偏光のまま放射することもできるし、楕円偏光等に変調して放射することもできる。
【００７０】
（第３の実施の形態）
第３の実施形態について説明する。本実施形態に係る送受信装置は主に、地上局もしくはデータ中継衛星といった、相手局から大容量の情報を受信する送受信装置に適用される。本実施形態に係る送受信装置の構成図を図３Ａに示す。図３Ａにおいて、送受信装置５００は、光送信部６００、光アンテナ部７００および光受信部８００を備える。
【００７１】
光送信部６００は、相手局に送信する制御信号等の送信光を生成し、生成した送信光を任意のクロック周波数で偏波変調し、時間的に交互に直交する偏波状態の送信光を出力する。本実施形態に係る光送信部６００は、光送信器６１０、偏波変調器６２０、クロック回路６３０、クロック位相制御回路６４０および偏波合分波回路６５０を備える。
【００７２】
光送信器６１０は、相手局に送信する制御信号等の送信情報を光信号に変換して偏波変調器６２０へ出力する。偏波変調器６２０は、光送信器６１０から入力された光信号を、クロック回路６３０から入力したクロック信号に基づいて、直交する偏波状態が時間的に交互に繰り返す光信号に変調し、偏波合分波回路６５０へ出力する。
【００７３】
クロック回路６３０は、任意のクロック周波数で変調するクロック信号を生成して偏波変調器６２０とクロック位相制御回路６４０とへ出力する。クロック位相制御回路６４０は、クロック回路６３０の位相を制御すると共に、クロック回路６３０から入力されたクロック信号に基づいて光受信部８００の角度検出器８４１、８４２を制御する。
【００７４】
偏波合分波回路６５０は、偏波変調器６２０から入力された時間的に交互に変調された光信号を偏波状態に応じて分離し、光アンテナ部７００の合分波光回路７１１、７１２へそれぞれ出力する。
【００７５】
光アンテナ部７００は、光送信部６００から入力された光信号を送信光として自由空間へ放射すると共に相手局から入射された信号光を捕捉追尾して光リンクパスを確保する。本実施形態に係る光アンテナ部７００は、合分波光回路７１１、７１２および入出力ポート７２０を備える。
【００７６】
合分波光回路７１１、７１２は、送信光と相手局からの受信光のビームとを同一軸上で合分波する。合分波光回路７１１、７１２としては、例えば、光サーキュレータや光カプラ、半透過反射ミラーを適用することが出来る。
【００７７】
入出力ポート７２０のブロック構成図を図３Ｂに示す。図３Ｂにおいて、入出力ポート７２０は、偏波合分波回路７２１、捕捉追尾制御ミラー７２２、λ／４波長板７２３、光学望遠鏡７２４およびジンバル７２５を備える。
【００７８】
偏波合分波回路７２１は、入力された信号を偏光状態に基づいて、送信光と受信光とに分離する。分離された送信光は捕捉追尾制御ミラー７２２側へ導かれ、分離された受信光は偏波状態に応じて合分波光回路７１１側または合分波光回路７１２側へ導かれる。
【００７９】
捕捉追尾制御ミラー７２２は、送信光や受信光の光軸方向を制御する。λ／４波長板７２３は、直線偏光のビームを円偏光に、円偏光を直線偏光に、変換する。光学望遠鏡７２４は、送受信におけるアンテナゲインを確保する。ジンバル７２５は、送受信ビームの放射方向を制御する。
【００８０】
光受信部８００は、相手局から入射された信号光を処理する機能と相手局から入射された信号光を捕捉追尾する機能とを有する。本実施形態に係る光受信部８００は、２つの分波器８１１、８１２、４つの光フィルタ８２１、８２２、８３１、８３２、２つの角度検出器８４１、８４２、偏波合分波回路８５０、デジタルコヒーレント受信器８６０および制御回路８７０を備える。
【００８１】
分波器８１１、８１２はそれぞれ、光アンテナ部７００の合分波光回路７１１、７１２から出力された受信光を２つに分岐して、光フィルタ８２１および光フィルタ８３１、光フィルタ８２２および光フィルタ８３２へ出力する。
【００８２】
光フィルタ８２１、８２２、８３１、８３２はそれぞれ、受信光と送信光の漏れ光成分とを波長に基づいて分離し、送信光の漏れ光成分が除去された受信光を出力する。光フィルタ８２１、８２２において送信光の漏れ光成分が除去された受信光は角度検出器８４１、８４２へ出力され、光フィルタ８３１、８３２において送信光の漏れ光成分が除去された受信光は偏波合分波回路８５０へ出力される。
【００８３】
角度検出器８４１、８４２はそれぞれ、クロック位相制御回路６４０から入力された制御信号に基づいて、入力した受信光の入射角度を検出し、相手局を捕捉追尾するための信号（光軸の角度情報）を生成して、制御回路８７０へ出力する。角度検出器８４１、８４２の機能については後述する。
【００８４】
偏波合分波回路８５０は、分波器８１１、８１２において分波された２つの受信光を、偏光状態を維持したまま合波し、デジタルコヒーレント受信器８６０へ出力する。すなわち、偏波合分波回路８５０からは、互いに直交する偏光状態を有する２つの偏波成分が直交状態で合波された偏波合波信号が出力される。
【００８５】
デジタルコヒーレント受信器８６０は、偏波合分波回路８５０から入力された偏波合波信号を復調することにより、相手局から出力された信号光をデジタルコヒーレント受信する。
【００８６】
制御回路８７０は、角度検出器８４１、８４２から出力された光軸の角度情報に基づいて、光アンテナ部７００の捕捉追尾制御ミラー７２２およびジンバル７２５を制御する。
【００８７】
上記のように構成された送受信装置５００は、次のように動作する。先ず、送受信装置５００から相手局へ制御信号等の送信情報を伝送する場合、光送信器６１０において相手局に送信する送信情報を光信号に変換する。変換された送信光は偏波変調器６２０において、クロック回路６３０から入力されたクロック周波数に基づいて、互いに直交する偏波状態が時間的に交互となる送信光に変調され、偏波合分波回路６５０へ出力される。ここで、クロック回路６３０が生成するクロック周波数は、送信光のデータ周波数と比べ十分小さく、送信光は数Ｈｚから数ＭＨｚの周波数で変調される。
【００８８】
偏波変調器６２０から出力された偏波変調された送信光はさらに、偏波合分波回路６５０において片偏波成分のみを持つ単一偏光の２つの送信光へ分離され、光アンテナ部７００の合分波光回路７１１、７１２へそれぞれ出力される。
【００８９】
光アンテナ部７００の合分波光回路７１１、７１２には、片偏波成分のみの送信光がそれぞれ偏波合分波回路６５０から入力すると共に、相手局からの受信光が光入力ポート７２０から入力する。合分波光回路７１１、７１２は、入力された送信光および受信光の偏光状態に基づいて、送信光の進行方向と受信光の進行方向が互いに逆方向となるように設定し、送信光を光入力ポート７２０側へ、受信光を分波器８１１、８２１側へ導く。
【００９０】
光入出力ポート７２０側へ導かれた２つの送信光は、偏波合分波回路７２１において互いに偏波状態が直交した状態で合成される。合成された送信光はさらに、λ／４波長板７２３において時間的に交互でかつ互いに逆方向に回転する２つの円偏光を含む信号に変換され、相手局に向けて自由空間へ放出される。すなわち、光入出力ポート７２０からは相手局に向けて互いに直交する２つの偏波成分が合波された偏波合波信号が放出される。
【００９１】
次に、送受信装置５００が相手局から出射された受信光を受信する場合、相手局から出射された受信光は光アンテナ部７００の入出力ポート７２０に入射される。このとき、相手局からの信号光は、右回りの円偏光で回転した信号光と左回りの円偏光で回転した信号光とから成る。すなわち、相手局からの信号光は２つの偏光状態の信号光を含んでいる。
【００９２】
入出力ポート７２０に入射された受信光は、λ／４波長板７２３において逆の方向に回転する２つの円偏光の受信光から、直交した２つの直線偏光の受信光に変換される。変換された受信光はさらに、偏波合分波回路７２１において互いに直交関係を保ったまま２つの片偏波の受信光に分離される。偏波状態に応じて分離された２つの受信光はそれぞれ、合分波光回路７１１、７１２によって光受信部８００の分波器８１１、８１２側へ導かれる。
【００９３】
光受信部８００に入力された受信光はそれぞれ、分波器８１１、８１２において２分岐される。分岐された一方の受信光は、角度検出器８４１、８４２側へ出力されて捕捉追尾するための制御信号生成に用いられる。分岐された他方の受信光は、偏波合分波回路８５０において合波され、デジタルコヒーレント受信器８６０においてデジタルコヒーレント処理される。
【００９４】
ここで、デジタルコヒーレント受信器８６０において受信光をデジタルコヒーレント処理する場合、送信光の漏れ成分を電気的に除去することができる。すなわち、一般的に、デジタルコヒーレント受信においては、局所光と信号光とを混合してコヒーレント受信した後、アナログ−デジタル電気回路によってデジタル信号化し、復調信号処理を施す。このとき、コヒーレント受信後の電気信号は、局所光と信号光の波長、つまり搬送波周波数の帯域をもつ変調信号となる。局所光と信号光の搬送波の周波数差が大きいほどその変調周波数は大きくなり、受信できる帯域を大幅に超え、受信できなくなることを利用することができる（電気的フィルタ効果）。
【００９５】
デジタルコヒーレント受信器８６０において、局所光と送信光の漏れによるノイズ成分の波長の違いを利用した上述の電気的フィルタ効果を適用することにより、送信光の漏れによるノイズ成分を高精度に除去することができ、安定した受信が実現できる。なお、電気的フィルタ効果は、送受信される送信光と受信光の波長間隔として、数ｎｍ〜数十ｎｍが設定されれば十分であるが、光フィルタのみで送受信分波できる２０ｎｍ以上の波長設定が望ましい。
【００９６】
また、本実施形態において、角度検出器８４１、８４２は、クロック回路位相制御回路６４０により、送信光の漏れによるノイズ成分の影響を除去するようにゲート制御される。送信光の漏れによるノイズ成分は任意のクロック周波数で強度変調されているため、強度変調が最も少なくなるタイミングで角度検出器８４１、８４２をゲート制御することにより、送信光の漏れによるノイズ成分を除去して受信光のみを抽出することができる。
【００９７】
角度検出器８４１、８４２のゲート制御について、図４を用いて説明する。クロック回路６３０が生成したクロック周波数の時間波形を（ａ）に、クロック周波数に基づいて偏波変調器６２０が偏波変調した送信光の時間波形を（ｂ）に示す。（ｂ）に示すように、送信光はクロック周波数に基づいて、互いに直交する２つの偏光状態に偏波変調される。以下、一方をＰ波、他方をＳ波とする。
【００９８】
（ｃ）は、光アンテナ部７００から角度検出器８４１側に漏れてくる、偏波分離後のＰ波成分の送信光の時間波形である。（ｄ）は、分波器８１１を介して光アンテナ部７００から角度検出器８４１に入射される受信光の時間波形、（ｅ）は、クロック位相制御回路６４０から角度検出器８４１へ印加されるゲートパルスの時間波形、（ｆ）は、その時に角度検出器８４１から出力される制御信号の時間波形である。
【００９９】
角度検出器８４１には、（ｃ）に示したＰ波成分の送信光と、（ｄ）に示した受信光と、が合波された状態で入力する。一方、角度検出器８４１には、（ｅ）に示したゲートパルスが印加されている。（ｃ）に示したＰ波成分の送信光と、（ｅ）に示したゲートパルスとは、互いに位相が反対である。従って、（ｅ）に示したゲートパルスを角度検出器８４１に印加することにより、Ｐ波成分の送信光が入力するタイミングで角度検出器８４１がオフ状態となり、角度検出器８４１からは送信光が除去された（ｆ）に示した受信光のみが出力される。
【０１００】
同様に、（ｇ）は、光アンテナ部７００から角度検出器８４２側に漏れてくる、偏波分離後のＳ波成分の送信光の時間波形である。（ｈ）は、分波器８１２を介して光アンテナ部７００から角度検出器８４２に入射される受信光の時間波形、（ｉ）は、クロック位相制御回路６４０から角度検出器８４２へ印加されるゲートパルスの時間波形、（ｊ）は、その時に角度検出器８４２から出力される制御信号の時間波形である。
【０１０１】
角度検出器８４２には、（ｇ）に示したＳ波成分の送信光と（ｈ）に示した受信光とが合波された状態で入力する。一方、角度検出器８４２には、（ｉ）に示したゲートパルスが印加されている。（ｇ）に示したＳ波成分の送信光と、（ｉ）に示したゲートパルスとは、互いに位相が反対である。従って、（ｉ）に示したゲートパルスを角度検出器８４２に印加することにより、Ｓ波成分の送信光が入力するタイミングで角度検出器８４２がオフ状態となり、角度検出器８４２からは送信光が除去された（ｊ）に示した受信光のみが出力される。
【０１０２】
そして、制御回路８７０は、角度検出器８４１、８４２から入力された受信光を同時に用いることにより、光アンテナ部７００の捕捉追尾制御ミラー７２２およびジンバル７２５を制御する。すなわち、制御回路８７０は、角度検出器８４１、８４２から連続的に出力される受信光からクロック周波数成分を検出し、相手局と自局間との光リンクパスを確立させるための捕捉追尾信号として利用する。
【０１０３】
上記のように、本実施形態に係る送受信装置５００は、角度検出器８４１、８４２に送信光の漏れ光と位相が反対であるゲートパルスを印加することにより、角度検出器８４１、８４２から、送信光の漏れ光が除去された、互いに所定のクロック周波数分だけ時間的にずれた受信光を出力させることができる。
【０１０４】
すなわち、本実施形態に係る送受信装置５００は、２つの角度検出器８４１、８４２と、それらを所定のクロック周波数でゲート変調するクロック位相制御回路６４０を備える。クロック位相制御回路６４０は、送信光の迷光による影響を最小限にするゲートパルスを生成して角度検出器８４１、８４２に印加する。従って、光送信部６００において生成した送信光の一部が散乱や反射の影響を受けて相手局から入射する受信光と同じ方向へ回り込んだ迷光成分を排除することができる。
【０１０５】
つまり、任意のクロック周波数で偏波変調され、かつ、２つの偏波成分に分離された送信光の迷光は、それぞれ交互にオンオフを繰り返す２つの角度検出器８４１、８４２によってそれぞれ受信される。従って、送信光が入射されるタイミングで、角度検出器８４１、８４２をオフすることにより、迷光成分を除去することができる。一方、どちらか一方の角度検出器を常にオン状態とすることにより、受信光を連続的に検知し続けることができ、相手局と自局間との光リンクパスを確立することができる。
【０１０６】
なお、上述の実施形態では、入出力ポート７２０から円偏光の送信光を放射したが、これに限定されない。例えば、そのまま円偏光に変調せずに直線偏光のまま放射することもできるし、楕円偏光等に変調して放射することもできる。
【０１０７】
（第４の実施形態）
第４の実施形態について説明する。本実施形態に係る光空間通信システムのシステム構成図を図５、図５Ｂに示す。図５Ａ、図５Ｂにおいて、光空間通信システム９００Ｂは、第１の端局１００Ｂおよび第２の端局５００Ｂから成る。
【０１０８】
図５Ａは、第１の端局１００Ｂから第２の端局５００Ｂへ大容量の情報を伝送している時に送信光ビーム９１０Ｂ、９２０Ｂが自由空間を伝搬している様子を表す。一方、図５Ｂは、第２の端局５００Ｂから第１の端局１００Ｂへ再送性制御信号などの比較的容量が小さい情報を伝送している時に送信光ビーム９３０Ｂが自由空間を伝搬している様子を表す。
【０１０９】
第１の端局１００Ｂとしては、第２の実施形態で説明した図２の送受信装置１００を適用することができる。  第１の端局１００Ｂは、例えば、地上観測などの画像データを有する地上観測衛星や航空機などの大容量の情報を保有する送受信装置である。
【０１１０】
第２の端局５００Ｂとしては、第３の実施形態で説明した図３Ａの送受信装置５００を適用することができる。第２の端局５００Ｂは、例えば、地上局もしくはデータ中継衛星といった第１の端局１００Ｂとの間で各種情報を送受信する送受信装置である。
【０１１１】
第１の端局１００Ｂは、２つの光送信器２１０Ｂ、２２０Ｂ、光アンテナ部３００Ｂおよび受信器４７０Ｂを備える。なお、図５Ａにおいては受信器４７０Ｂを、図５Ｂにおいては２つの光送信器２１０Ｂ、２２０Ｂをそれぞれ省略した。
【０１１２】
光アンテナ部３００Ｂは、別々の偏光でかつ逆方向の回転をもつ偏光状態の２つの送信光ビーム９１０Ｂ、９２０Ｂを放射する。光アンテナ部３００Ｂは、第２の端局５００Ｂから入射された送信光ビーム９３０Ｂを捕捉追尾して光リンクパスを確保する、２つの入出力ポート３１０Ｂ、３２０Ｂを備える。
【０１１３】
第２の端局５００Ｂは、光送信器６１０Ｂ、光アンテナ部７００Ｂおよびデジタルコヒーレント受信器８６０Ｂを備える。なお、図５Ａにおいては光送信器６１０Ｂを、図５Ｂにおいてはデジタルコヒーレント受信器８６０Ｂを省略した。
【０１１４】
光アンテナ部７００Ｂは、送信光ビーム９３０Ｂを自由空間へ放射する。光アンテナ部７００Ｂは、第１の端局１００Ｂから入射された送信光ビーム９１０Ｂ、９２０Ｂを捕捉追尾して光リンクパスを確保する、入出力ポート７２０Ｂを備える。
【０１１５】
先ず、図５Ａを参照しながら、第１の端局１００Ｂから第２の端局５００Ｂへ情報を伝送する場合について説明する。この時、第１の端局１００Ｂは、一方の光アンテナ（入出力ポート３１０Ｂ）から単一偏光状態の送信光ビーム９１０Ｂを放射し、他方の光アンテナ（入出力ポート３２０Ｂ）から送信光ビーム９１０Ｂの偏光状態と直交関係にある単一偏光状態の送信光ビーム９２０Ｂを放射する。
【０１１６】
本実施形態では、第１の端局１００Ｂから送信される送信光として、偏光状態が互いに逆方向の２つの円偏光を適用する。すなわち、図５Ａに示すように、第１の端局１００Ｂの入出力ポート３１０Ｂ、３２０Ｂからはそれぞれ、右回りの円偏波の送信光９１１Ｂを含む送信光ビーム９１０Ｂ、左回りの円偏波の送信光９２１Ｂを含む送信光ビーム９２０Ｂが放出される。ここで、送信光ビーム９１０Ｂ、９２０Ｂは互いに異なる情報を持っている。
【０１１７】
ここで、第１の端局１００Ｂは、送信光ビーム９１０Ｂ、９２０Ｂが第２の端局５００Ｂにおいて重なり合うように制御する。第１の端局１００Ｂから放出された互いに直交した偏光状態の送信光ビーム９１０Ｂ、９２０Ｂは、空間を伝搬するのに伴ってビーム径が広がり、偏光状態の直交性を保ったまま第２の端局５００Ｂにおいて重なる。すなわち、送信光ビーム９１０Ｂ、９２０Ｂは、円偏光で偏光多重化された一つの信号光として、第２の端局５００Ｂに入射される。
【０１１８】
第１の端局１００Ｂから送信された２つの送信光ビーム９１０Ｂ、９２０Ｂが重なったところを第２の端局５００Ｂの光アンテナ７００Ｂが受信することにより、あたかも偏光方向で重なり合った信号光が第１の端局１００Ｂから送信されたのと同じ結果を得ることができる。
【０１１９】
そして、第２の端局５００Ｂは、第１の端局１００Ｂから送信された互いに直交する単一偏光信号（送信光ビーム９１０Ｂ、９２０Ｂ）を受信する。第２の端局５００Ｂは、受信した互いに直交する単一偏光信号を、図示しない偏波合分波回路を用いて偏波状態に基づいて送信光ビーム９３０Ｂと分離する。さらに、第２の端局５００Ｂは、偏光状態に基づいて送信光ビーム９３０Ｂを除去した２つの送信光ビーム９１０Ｂ、９２０Ｂを再度偏光多重化する。その後、第２の端局５００Ｂは、デジタルコヒーレント受信器８６０Ｂにおいて送信光ビーム９１０Ｂ、９２０Ｂをデジタルコヒーレント処理する。
【０１２０】
次に、図５Ｂを参照しながら、第２の端局５００Ｂから第１の端局１００Ｂへ情報を伝送する場合について説明する。この時、第２の端局５００Ｂは、エンベロープが互いに直交する偏光方向に交互にクロック変調された送信光ビーム９３０Ｂを放出する。第２の端局５００Ｂは、データを保有する送信光を、図示しない偏光変調器などにおいて基準クロック信号に基づいてクロック変調することにより、送信光ビーム９３０Ｂを偏波方向でクロック変調する。
【０１２１】
さらに、第２の端局５００Ｂは、クロック偏波変調した送信光ビーム９３０Ｂを、図示しない偏波合分波回路を用いて偏光状態に基づいて２つの単一偏光の信号光に分離する。それぞれ分離された単一偏光の送信光は、偏波状態に基づいて、第１の端局１００Ｂから入射された送信光ビーム９１０Ｂ、９２０Ｂと分離されて光アンテナ７００Ｂ側に導かれ、再度、偏光方向で合波されてから放射される。
【０１２２】
すなわち、第２の端局５００Ｂの入出力ポート７２０Ｂからは、図５Ｂに示すように、時間的に互いに逆方向に偏光変調された円偏光９３１Ｂ（右周り）および円偏光９３２Ｂ（左周り）から成る送信光ビーム９３０Ｂが自由空間に放出される。第２の端局５００Ｂから放出された送信光ビーム９３０Ｂは、光の回折により広がりを持って第１の端局１００Ｂに到達し、第１の端局１００Ｂに備えられた入出力ポート３１０Ｂ、３２０Ｂの両方に入射する。入出力ポート３１０Ｂ、３２０Ｂに入射された送信光ビーム９３０Ｂは受信器４７０Ｂにおいて合波され、処理される。
【０１２３】
なお、第２の端局５００Ｂから第１の端局１００Ｂに入射された送信光ビーム９３０Ｂは、光アンテナ３００Ｂの２つの入出力ポート３１０Ｂ、３２０Ｂに同時に入射し、入出力ポート３１０Ｂ、３２０Ｂの図示しない偏波合分波回路において偏波状態に基づいて分離される。偏波状態に基づいて分離された２つの信号光は、図示しない角度検出器によって光リンクの構成に利用されると共に、分離された光信号の包絡波形を利用することにより、クロック成分が抽出される。
【０１２４】
上記のように構成された光空間通信システム９００Ｂにおいては、単一波長あたりの伝送容量を増加することができる。その理由は、光送信において、互いに偏光直交した送信光を光空間伝搬によるビーム広がりを利用することで、２つの送信光を偏光方向で多重化することができるためである。
【０１２５】
さらに、上記のように構成された光空間通信システム９００Ｂにおいては、デジタルコヒーレント送受信器８６０Ｂ等の偏光多重化を前提とした光空間通信システムを有効に活用することができる。その理由は、互いに直交する偏光で変調された信号を同時に送受信することができるためである。
【０１２６】
上述の実施形態は、説明がしやすいように２つの送信器または２つの受信器を別々の回路とし、各送信器及び受信器は１つの偏光状態の光信号を発生または受信するものとしたが、これに限定されない。例えば、デジタルコヒーレント送受信方式においては、２つの送信器は偏光多重された光信号を発生する１つの送信器と同等の機能をもち、２つの受信器は偏光多重された光信号を受信する１つの受信器と同等の機能をもつ。上述の実施形態は、偏光多重化されたデジタルコヒーレント送受信方式を含む、種々の通信方式全般に適用できる。
【０１２７】
本願発明は上記実施形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があってもこの発明に含まれる。また、本願発明は、２０１３年３月４日に出願された日本出願特願２０１３−０４１８３３を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
【産業上の利用可能性】
【０１２８】
大容量の情報を送受信する光送受信器および光通信システムに広く適用することができる。
【符号の説明】
【０１２９】
１０    光空間伝送システム
２０    第１の送受信装置
２１    第１送信器
２２    第２送信器
２３    第１偏波合分波回路
２４    第２偏波合分波回路
２５    アンテナ部
２６    受信器
３０    第２の送受信装置
３１    送信器
３２    変調器
３３    偏波分波回路
３４    偏波合分波回路
３５    第１合分波回路
３６    第２合分波回路
３７    アンテナ部
３８    受信器
９０    光空間通信装置
９１    光送信器
９２    光受信器
９３    ビームスプリッタ
９４    光モニタ
９５    コリメータレンズ
９６    λ／４板
９７    副鏡
９８    主鏡
１００    送受信装置
２１０、２２０    光送信器
３００    光アンテナ部
３１０、３２０    入出力ポート
３１１、３２１    偏波合分波回路
３１２、３２２    捕捉追尾制御ミラー
３１３、３２３    λ／４波長板
３１４、３２４    光学望遠鏡
３１５、３２５    ジンバル
４００    光受信部
４１１、４１２    分波器
４２１、４２２、４３１、４３２    光フィルタ
４４１、４４２    角度検出器
４５０    偏波合分波回路
４６０    クロック抽出回路
４７０    受信器
４８０    制御回路
５００    送受信装置
６００    光送信部
６１０    光送信器
６２０    偏波変調器
６３０    クロック回路
６４０    クロック位相制御回路
６５０    偏波合分波回路
７００    光アンテナ部
７１１、７１２    合分波光回路
７２０    入出力ポート
７２１    偏波合分波回路
７２２    捕捉追尾制御ミラー
７２３    λ／４波長板
７２４    光学望遠鏡
７２５    ジンバル
８００    光受信部
８１１、８１２    分波器
８２１、８２２、８３１、８３２    光フィルタ
８４１、８４２    角度検出器
８５０    偏波合分波回路
８６０    デジタルコヒーレント受信器
８７０    制御回路
９００Ｂ    光空間通信システム
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【国際調査報告】
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