(57)【要約】【課題】Ｃ／Ｎや歪み特性、受信感度等の伝送品質を確保しながら、その伝送距離を伸ばすことのできる光空間伝送装置を提供する。【解決手段】レーザダイオード１１を光源として波長１．５５μｍ帯の信号光を発生して大気空間に送信出力する光送信機１０と、この光送信機から送信出力された信号光を入力して波長０．８μｍ帯の信号光に波長変換する波長変換器２２、およびこの波長変換器を介して波長変換された信号光を受光するフォトダイオード２４を備えた光受信機２０とを備える。特に４光波混合現象を利用した波長変換器を用いる。【選択図】　　　図１
2004128802.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザダイオードを光源として波長１．５５μｍ帯の信号光を発生して大気空間に送信出力する光送信機と、
この光送信機から送信出力された信号光を入力して波長０．８μｍ帯の信号光に波長変換する波長変換器、およびこの波長変換器を介して波長変換された信号光を受光するフォトダイオードを備えた光受信機と
を具備したことを特徴とする光空間伝送装置。
【請求項２】
前記波長変換器は、前記波長１．５５μｍ帯の信号光と波長１．２μｍ帯の補助光とを４光波混合して波長０．８μｍ帯の波長変換した信号光を発生するものからなる請求項１に記載の光空間伝送装置。
【請求項３】
前記波長変換器は、波長１．２μｍ帯の光を発する光源と、
０．８μｍ帯から１．５５μｍ帯に掛けてゼロ分散特性を有し、上記光源から発せられる波長１．２μｍ帯の光と前記波長１．５５μｍ帯の信号光とを入力して縮退４光波混合作用を呈して波長０．８μｍ帯の信号光を生成する光伝搬媒体と、この光伝搬媒体にて生成された信号光を増幅する波長０．８μｍ帯の光ファイバ増幅器とからなる請求項１に記載の光空間伝送装置。
【請求項４】
前記光送信機は、前記レーザダイオードが発生した波長１．５５μｍ帯の信号光を増幅して大気空間に射出する波長１．５５μｍ帯の光ファイバ増幅器を備えることを特徴とする請求項１に記載の光空間伝送装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、移動体通信システムにおける基地局側に設けるに好適な光空間伝送装置に関する。
【０００２】
【関連する背景技術】
移動体通信においては、ビルの谷間等における電波障害が問題となる。即ち、基地局側のアンテナは、専らビルの屋上に設けられるが、隣接するビルにより電波が遮られて上記アンテナによる通信可能領域（サービスエリア）が制約されることが多々ある。このような不具合を解消するには、隣接するビルの屋上にも基地局のアンテナを設置すれば良い。
【０００３】
しかしながら隣接するビルに設置したアンテナまで基地局からの信号ケーブル（有線回線）を敷設するには多大な設備コストが必要となることが否めない。そこで隣接するビルとの間で光信号を空間伝送することで上記アンテナを介して送受信される信号を基地局に中継し、信号ケーブルの敷設を省略することが考えられている。
【０００４】
この種の用途に用いられる光空間伝送装置は、例えば光源にレーザ発振器を用い、空間を伝播するレーザビームを媒介して所望の情報信号を伝送対象との間で送受するものからなる（例えば特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平７−２３５９０７号公報（段落番号［０００２］〜［００３２］、図１５−図１７）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで従来の光空間伝送装置においては、専ら０．８μｍ帯のレーザ光を用いている。そしてその信号伝送品質、Ｃ／Ｎ、歪み特性等は、主として光源としてのレーザダイオード（ＬＤ）の特性と、受光器としてのフォトダイオード（ＰＤ）の特性により決定されている。実際的にはレーザダイオードの発光パワー限界と、受光側での集光技術とにより上述した諸特性がほぼ決定される。
【０００７】
しかしながら０．８μｍ帯のレーザダイオードは、それ自身の歪み特性が悪いので、所望とする伝送品質を確保する上でその発光パワーを制限して用いることが多い。この為、レーザダイオードの発光パワーを増大させて、その伝送距離を延長するには限界がある。この点、発光パワーの大きい１．５５μｍ帯のレーザダイオードを用いることが考えられる。しかし空間伝送した１．５５μｍ帯のレーザ光を集光することは、０．８μｍ帯のレーザ光を集光することに比較して非常に困難である。
【０００８】
本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、その目的は、Ｃ／Ｎや歪み特性、受信感度等の伝送品質を確保しながら、その伝送距離を伸ばすことができ、例えば移動体通信システムにおける基地局側に中継器として設けるに好適な光空間伝送装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成するべく本発明に係る光空間伝送装置は、レーザダイオードを光源として波長１．５５μｍ帯の信号光を発生して大気空間に送信出力する光送信機と、この光送信機から送信出力された信号光を入力して波長０．８μｍ帯の信号光に波長変換する波長変換器、およびこの波長変換器を介して波長変換された信号光を受光するフォトダイオードを備えた光受信機とを具備したことを特徴としている。
【００１０】
具体的には、光送信機においては１．５５μｍ帯のレーザダイオードを光源として波長１．５５μｍ帯の信号光を送信出力するようにする。一方、この光送信機に対向して配置される光受信機においては、上記光送信機から送信出力されて大気空間を介して到達する信号光を波長変換器を介して波長０．８μｍ帯の信号光に波長変換した後、この波長変換器を介して波長変換された波長０．８μｍ帯の信号光を波長０．８μｍ帯のフォトダイオードにより受光するように構成したことを特徴としている。
【００１１】
即ち、本発明に係る光空間伝送装置は、波長０．８μｍ帯のレーザダイオードに比較して歪み特性に優れている波長１．５５μｍ帯のレーザダイオードを光源として用いることで、歪み特性に起因する伝送品質を犠牲にすることなくその発光パワーを高くし、これによってＣ／Ｎを十分に高く確保しながらその伝送距離を長くする。そして光受信機においては、大気空間を伝搬してきた波長１．５５μｍ帯の信号光を波長変換器を介して波長０．８μｍ帯の信号光に波長変換した上で、安価で受光口径の大きい波長０．８μｍ帯のフォトダイオードにより受光することでその受光感度を十分に高め、これによって信号伝送品質を十分に確保するようにしたことを特徴としている。
【００１２】
好ましくは前記波長変換器は、前記波長１．５５μｍ帯の信号光と波長１．２μｍ帯の光とを４光波混合して波長０．８μｍ帯の波長変換した信号光を発生するものとして実現される。より具体的には前記波長変換器は、波長１．２μｍ帯の補助光を発する光源と、この光源から発せられる波長１．２μｍ帯の補助光と前記波長１．５５μｍ帯の信号光とをそれぞれ入力し、光カー効果による縮退４光波混合作用を呈して波長０．８μｍ帯の信号光を生成する光伝搬媒体と、この光伝搬媒体にて生成された上記波長０．８μｍ帯の信号光を増幅する波長０．８μｍ帯の光ファイバ増幅器とにより構成される。
【００１３】
尚、前記光送信機においては、前記レーザダイオードが発生した波長１．５５μｍ帯の信号光を増幅して出力する波長１．５５μｍ帯の光ファイバ増幅器を備え、大気空間を介して光受信機に向けて送信出力する波長１．５５μｍ帯の信号光のパワーを高めることが好ましい。このような光ファイバ増幅器を備えることで信号伝送品質を維持しながら、その伝送距離を容易に長くすることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態に係る光空間伝送装置について説明する。
図１はこの実施形態に係る光空間伝送装置の要部概略構成図で、１０は光送信機、２０は光受信機である。この光送信機１０および光受信機２０は、例えば２００〜３００ｍの距離を隔てて対向して設置されて対をなすもので、光送信機１０から発せられた信号光を大気空間を介して上記光受信機２０にて受光することで情報信号を空間伝送するように構成される。
【００１５】
さて光送信機１０は、信号光を発する光源として１．５５μｍ帯のレーザダイオード（ＬＤ）１１を備えたもので、所定の送信信号処理部１２から与えられる情報信号に従ってドライバ１３を介して上記レーザダイオード１１を発光駆動するように構成される。そしてレーザダイオード１１が発生した波長１．５５μｍ帯の信号光（レーザ光）をレンズ１４を介して集光し、所定の拡がり角を有する光ビームとして大気空間を介して送信出力するように構成される。
【００１６】
一方、上記光送信機１０に対向して配置される光受信機２０は、大気空間を介して到来する上記波長１．５５μｍ帯の信号光（レーザ光）をレンズ２１を介して入力し、上記１．５５μｍ帯の信号光を波長０．８μｍ帯の信号光（レーザ光）に変換する波長変換器２２と、この波長変換器２２を介して波長変換された上記波長０．８μｍ帯の信号光をレンズ２３を介して受光するフォトダイオード（ＰＤ）２４とを備える。そしてフォトダイオード２４にて光電変換された信号を受信信号処理部２５に取り込み、その情報信号を復元するように構成される。
【００１７】
このような光送信機１０と光受信機２０とからなる光空間伝送装置は、例えば移動体通信システムの基地局側において、そのアンテナを隣接する複数のビルの屋上にそれぞれ設けるような場合、信号ケーブル（有線回線）を敷設することなく上記各ビル間において情報信号を伝送するために用いられる。尚、ビル間において双方向に情報信号を伝送する場合には、その情報伝送の向きを異ならせて少なくとも２組の光空間伝送装置が用いられることは言うまでもない。またＤ−ＷＤＭ（高密度波長多重通信）を用いることも勿論可能である。
【００１８】
さて送信用の光源として用いる１．５５μｍ帯のレーザダイオード（ＬＤ）１１は、一般的に０．８μｍ帯のレーザダイオードに比較して、その素子自体が持つ歪み特性に優れている。従って従来一般的に、０．８μｍ帯のレーザダイオードを光源として用いているこの種の光送信機に比較して、その発光パワーを制限して信号伝送品質を確保する必要が殆どなく、容易にその発光パワーを高く設定することができる。この結果、発光パワーの高い信号光を送信出力することができるので、そのＣ／Ｎ（キャリア・ノイズ比）を十分に確保し、また信号光の伝送距離を容易に延ばすことが可能となる。従って光送信機１０と光受信機２０とが２００〜３００ｍ程度と離れていても、高品質な情報信号の伝送を行うことが可能となる。
【００１９】
一方、光受信機２０においては、上述した１．５５μｍ帯の発光パワーの高い信号光を、波長変換器２２を介して０．８μｍ帯の信号光に変換した後、波長変換した信号光を０．８μｍ帯のフォトダイオード２４を介して受光して光電変換するものとなっている。ちなみに０．８μｍ帯のフォトダイオード２４は、専らシリコン（Ｓｉ）を素材として形成され、ＩｎＧａＡｓ等のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を素材として形成される１．５５μｍ帯のフォトダイオードに比較して遙かに安価であり、その受光径を大口径化することも容易である。しかも光受信機２０においては、１．５５μｍ帯の信号光を集光するよりも０．８μｍ帯の信号光を集光する方が技術的に容易である。従って信号光の集光が容易であることから、上述したフォトダイオード２４の受光径の大口径化と相俟って該フォトダイオード２４による信号光の受光感度を高くし、更にはそのダイナミックレンジを容易に広くすることができる。
【００２０】
ところで前述した波長変換器２２は、例えば光の非線形効果である４光波混合現象を用いた機能素子として実現される。この４光波混合現象は、光ファイバ等の所定の光伝搬媒体に強度の大きい光を入射した際、その光学的な応答が線形性を失うことにより生じる非線形効果、具体的には誘電率の３次分極に起因する光カー効果の１種である。一般的には３つの異なった波長の光を入射した際、これらの波長に一致しない新たな波長の光（アイドラ光）が発生する現象が４波混合と称される。
【００２１】
ちなみに４光波混合は光パラメトリック振動の１種であり、図２（ａ）に示すように周波数軸上においてプローブ光（信号光）とは異なるアイドラ光を、２つのポンプ光を間にして新たに発生する。そしてプローブ光の周波数をｆｐｒｏｂｅ、２つのポンプ光の周波数をそれぞれｆｐ１，ｆｐ２としたとき、新たに生成されるアイドラ光の周波数ｆｉｄｌｅは
ｆｉｄｌｅ　＝　ｆｐ１　＋　ｆｐ２　−　ｆｐｒｏｂｅ
となる。特に図２（ｂ）に示すように２つのポンプ光の周波数が等しい場合には、縮退４光波混合と呼ばれ、上記アイドラ光の周波数ｆｉｄｌｅは
ｆｉｄｌｅ　＝　２ｆｐ　−　ｆｐｒｏｂｅ
となる。
【００２２】
但し、この４光波混合現象は、光の強度（パワー）が十分に高く、また上記各光の波長が光伝搬媒体のゼロ分散近くの波長であること、換言すれば光伝搬媒体のゼロ分散波長がポンプ光の波長と略一致していることを条件として発生する。この際、新たに発生するアイドラ光には、プローブ光（信号光）が持つ情報が保持されることが確認されている。
【００２３】
このような４光波混合現象を利用した波長変換器２２は、例えば図３に示すように１．２μｍ帯のポンプ光を発生する光源３１と、０．８μｍ帯から１．５５μｍ帯でゼロ分散特性を有し、上記光源３１からポンプ光と大気空間を介して到来した波長０．８μｍ帯の信号光（プローブ光）とを入力する光伝搬媒体３２、更に光伝搬媒体３２から出力されるアイドラ光（波長変換された信号光）を増幅する波長０．８μｍ帯用の光ファイバ増幅器等３３を用いて実現される。
【００２４】
ちなみに波長１．２μｍ帯のレーザ光（ポンプ光）を発生する光源３１については、例えばレーザダイオードが発光する光の波長が温度依存性を有すること利用して、具体的にはレーザダイオードを温度制御することで、その発光波長を１．２μｍ帯に設定するようにすれば良い。
尚、波長変換については従来より種々の方法が提案されている。しかし上述した４光波混合現象を用いたパラメトリック変換は、他の波長変換に比べて変換の速度が速く、また波長帯域間の信号を一括して変換できる等の利点を有する。従って波長変換器２２を上述した如く４光波混合現象を用いたものとして構成することにより、伝送遅延のない光受信機を実現することが可能となる。
【００２５】
かくして上述した如く構成された光空間伝送装置によれば、光送信機１０においては１．５５μｍ帯の光を用いて情報信号を送信するので、レーザダイオード１１の歪み特性に起因する制約を受けることなしに、その信号光強度を十分に高めて空間伝搬距離を十分に長くすることができる。その上で光受信機２０においては、空間伝搬してきた１．５５μｍ帯の光を波長変換器２２を介して０．８μｍ帯の光に波長変換し、この波長変換された光を０８μｍ帯のフォトダイオード２４を用いて受光するので、容易にその受光感度を高めることができる。特に安価で受光口径の大きいフォトダイオード２４を用いることができるので、その集光系の構成の簡素化を図ることができる等、実用的利点が多大である。
【００２６】
従って光送信機１０と光受信機２０との間で空間伝送される信号に対するＣ／Ｎや歪み特性を簡易にして効果的に改善することができ、また受信ダイナミックレンジ等の特性も改善することができる。この結果、その伝送品質を向上させると共に、その伝送距離を延ばすことができる等の実用上多大なる効果が奏せられる。
【００２７】
尚、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。例えば図４に示すように光送信機１０に１．５５μｍ帯の光ファイバ増幅器１６を設け、レーザダイオード１１が発光出力した信号光の強度を増幅して大気空間に送信出力するようにしても良い。このような光ファイバ増幅器１６を備えれば、信号光の強度を更に容易に高めることが可能となるので、更にその信号品質を高めながら伝送距離を延ばすことが可能となる。その他、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、空間伝送される信号光の伝送品質を容易に確保しながらその伝送距離を延ばすことができるので、例えば移動通信システムの基地局側において、隣接する複数のビルの屋上にそれぞれ設置されたアンテナによりそれぞれ送受信される信号を上記基地局に中継する上で多大なる効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る光空間伝送装置の要部概略構成図。
【図２】光空間伝送装置で用いられる波長変換を実現する上での４光波混合の発生原理を説明するための図。
【図３】４光波混合を利用した波長変換器の構成例を示す図。
【図４】本発明の別の実施形態に係る光空間伝送装置に用いる光送信機の構成例を示す図。
【符号の説明】
１０　光送信機
１１　レーザダイオード（１．５５μｍ帯）
１６　光ファイバ増幅器
２０　光受信機
２２　波長変換器
２４　フォトダイオード（０．８μｍ帯）
３１　光源
３２　光伝搬媒体
３３　光ファイバ増幅器
【図１】
2004128802.tif 000003
【図２】
2004128802.tif 000004
【図３】
2004128802.tif 000005
【図４】
2004128802.tif 000006