JP6734000B1 - Laser light control device, optical space communication device, and optical space communication system - Google Patents
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Abstract
通信相手の光空間通信装置から送信されたビームビームが受信されると、ビームの光強度を検出する光強度検出部(12)と、光強度検出部(12)により検出された光強度から、通信相手の光空間通信装置との間の大気の屈折率の乱れ具合いを示す大気構造定数を算出する大気構造定数算出部(15)と、大気構造定数算出部(15)により算出された大気構造定数に基づいて、送信対象のビームが分割された光である複数のレーザ光のそれぞれの位相の変調量を算出する変調量算出部(16)と、変調量算出部(16)により算出されたそれぞれの変調量に従って、それぞれのレーザ光の位相を変調する位相変調部(34)とを備えるように、レーザ光制御装置(3)を構成した。When the beam beam transmitted from the optical space communication device of the communication partner is received, from the light intensity detection unit (12) that detects the light intensity of the beam and the light intensity detected by the light intensity detection unit (12), Atmospheric structure constant calculation unit (15) for calculating an atmospheric structure constant that indicates the degree of disturbance of the refractive index of the atmosphere with the optical space communication device of the communication partner, and the atmospheric structure calculated by the atmospheric structure constant calculation unit (15) Based on a constant, a modulation amount calculation unit (16) that calculates the modulation amount of each phase of a plurality of laser beams, which are light beams into which the transmission target beam is divided, and a modulation amount calculation unit (16). The laser light controller (3) is configured so as to include a phase modulator (34) that modulates the phase of each laser light according to each modulation amount.
Description
この発明は、 レーザ光の位相を変調するレーザ光制御装置、光空間通信装置及び光空間通信システムに関するものである。 The present invention relates to a laser light control device that modulates the phase of laser light, an optical space communication device, and an optical space communication system.
以下の特許文献1には、空間を伝搬する光を用いて通信を行う光空間伝送装置が開示されている。
空間を伝搬する光の強度は、大気の揺らぎによって変動を生じることがある。特許文献1に開示されている光空間伝送装置は、大気の揺らぎによる光強度の変動を低減する機能を備えている。この光空間伝送装置は、可動ミラーを介して、受信光を受光素子に導く光学系と、受光素子により受光された受信光の強度を検出する受信光強度検出回路とを備え、可動ミラー制御回路が、受信光強度検出回路により検出された強度に基づいて、可動ミラーの角度を制御している。The following
The intensity of light propagating in space may fluctuate due to atmospheric fluctuations. The optical space transmission device disclosed in
特許文献1に開示されている光空間伝送装置では、可動ミラー制御回路が、可動ミラーの角度を制御することで、受信光の強度の変動を低減している。しかし、可動ミラーの角度の制御は、機械的な駆動による制御であるため、可動ミラー制御回路が、可動ミラーの角度の制御が完了するまでに、ある程度の時間を要し、可動ミラーの角度を制御している間に、さらに受信光の強度が変動してしまうことがある。
特許文献1に開示されている光空間伝送装置は、可動ミラーの角度を制御している間に、さらに受信光の強度が変動してしまうと、受信光の強度の変動による影響を低減できなくなってしまうことがあるという課題があった。In the optical space transmission device disclosed in
In the optical space transmission device disclosed in
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、機械的な駆動によって制御を行うよりも、短時間で、ビームの光強度の変動を低減することができるレーザ光制御装置、光空間通信装置及び光空間通信システムを得ることを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, a laser light control device capable of reducing the fluctuation of the light intensity of the beam in a shorter time than performing control by mechanical driving, An object is to obtain an optical space communication device and an optical space communication system.
この発明に係るレーザ光制御装置は、通信相手の光空間通信装置から送信されたビームが受信されると、ビームの光強度を検出する光強度検出部と、光強度検出部により光強度が検出される毎に、当該光強度を取得し、取得した複数の光強度から、通信相手の光空間通信装置との間の大気の屈折率の乱れ具合いを示す大気構造定数を算出する大気構造定数算出部と、大気構造定数算出部により算出された大気構造定数に基づいて、送信対象のビームが分割された光である複数のレーザ光のそれぞれの位相の変調量を算出する変調量算出部と、変調量算出部により算出されたそれぞれの変調量に従って、それぞれのレーザ光の位相を変調する位相変調部とを備えるようにしたものである。 In the laser light control device according to the present invention, when the beam transmitted from the optical space communication device of the communication partner is received, the light intensity detection unit that detects the light intensity of the beam and the light intensity detection unit detects the light intensity. Each time, the light intensity is obtained, and from the obtained light intensities, the atmospheric structure constant calculation is performed to calculate the atmospheric structure constant indicating the degree of disorder of the refractive index of the atmosphere with the optical space communication device of the communication partner. Section, based on the atmospheric structure constant calculated by the atmospheric structure constant calculation unit, a modulation amount calculation unit that calculates the modulation amount of each phase of a plurality of laser light is a beam of the beam to be transmitted is divided, A phase modulation unit that modulates the phase of each laser beam according to each modulation amount calculated by the modulation amount calculation unit is provided.
この発明によれば、大気構造定数算出部により算出された大気構造定数に基づいて、送信対象のビームが分割された光である複数のレーザ光のそれぞれの位相の変調量を算出する変調量算出部を備え、位相変調部が、変調量算出部により算出されたそれぞれの変調量に従って、それぞれのレーザ光の位相を変調するように、レーザ光制御装置を構成した。したがって、この発明に係るレーザ光制御装置は、機械的な駆動によって制御を行うよりも、短時間で、ビームの光強度の変動を低減することができる。 According to the present invention, based on the atmospheric structure constant calculated by the atmospheric structure constant calculating unit, the modulation amount calculation for calculating the modulation amount of each phase of the plurality of laser beams, which are the light beams into which the beam to be transmitted is divided, is calculated. The laser light control device is configured so that the phase modulation unit modulates the phase of each laser light according to each modulation amount calculated by the modulation amount calculation unit. Therefore, the laser light control device according to the present invention can reduce the fluctuation of the light intensity of the beam in a shorter time than the control by mechanical driving.
以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。 Hereinafter, in order to explain the present invention in more detail, modes for carrying out the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
実施の形態1.
図1は、実施の形態1に係る光空間通信システムを示す構成図である。
図1において、第1の光空間通信装置1は、通信相手の光空間通信装置である第2の光空間通信装置2とビームを送受信する。
第2の光空間通信装置2は、通信相手の光空間通信装置である第1の光空間通信装置1とビームを送受信する。
第1の光空間通信装置1と第2の光空間通信装置2とは、大気を介して、互いにビームを送受信することで、双方向の情報伝送を実施する。
FIG. 1 is a configuration diagram showing an optical space communication system according to the first embodiment.
In FIG. 1, a first optical
The second optical
The first optical
図2は、実施の形態1に係る光空間通信システムにおける第1の光空間通信装置1を示す構成図である。
第2の光空間通信装置2の構成は、第1の光空間通信装置1の構成と同様であり、第2の光空間通信装置2を示す構成図は、図2である。
第1の光空間通信装置1は、図2に示すように、レーザ光制御装置3を含んでいる。
レーザ光制御装置3は、図2に示すように、光強度検出部12、大気構造定数算出部15、変調量算出部16及び位相変調部34を備えている。
図3は、実施の形態1に係るレーザ光制御装置3に含まれている大気構造定数算出部15及び変調量算出部16のハードウェアを示すハードウェア構成図である。FIG. 2 is a configuration diagram showing the first optical
The configuration of the second optical
The first optical
As shown in FIG. 2, the laser light control device 3 includes a
FIG. 3 is a hardware configuration diagram showing the hardware of the atmospheric structure
図2において、受信機10は、受信部11、光強度検出部12、大気構造定数算出部15及び変調量算出部16を備えている。
受信部11は、第2の光空間通信装置2から送信されたビームを受信し、受信したビームを光強度検出部12の後述する集光レンズ13に出力する。
光強度検出部12は、集光レンズ13及び第1のフォトダイオード14を備えている。
光強度検出部12は、受信部11により受信されたビームの光強度を検出する。
集光レンズ13は、受信部11から出力されたビームを第1のフォトダイオード14の後述する受光面14aに集光する。
第1のフォトダイオード14は、受光面14aを有している。
第1のフォトダイオード14は、集光レンズ13によって受光面14aに集光されたビームを電気信号に変換し、電気信号として、受光面14aに集光されたビームの光強度と正比例している電流IPDを大気構造定数算出部15及び変調量算出部16の後述する位相取得部18のそれぞれに出力する。
また、第1のフォトダイオード14は、電流IPDを図示せぬ復調器に出力する。図示せぬ復調器は、電流IPDから、第2の光空間通信装置2から送信されたビームに重畳されている情報を復調する。2, the
The
The
The
The
The
The
Further, the
大気構造定数算出部15は、例えば、図3に示す大気構造定数算出回路41によって実現される。
大気構造定数算出部15は、光強度検出部12により検出された光強度から、第1の光空間通信装置1と第2の光空間通信装置2との間の大気の屈折率の乱れ具合いを示す大気構造定数Cn2を算出する。
具体的には、大気構造定数算出部15は、第1のフォトダイオード14から電流IPDが出力される毎に、出力された電流IPDを電力PPDに変換して、電力PPDを例えば内部メモリに格納する。
大気構造定数算出部15は、例えば内部メモリに格納した複数の電力PPDに基づいて、大気構造定数Cn2を算出する。
大気構造定数算出部15は、算出した大気構造定数Cn2を変調量算出部16の後述する位相取得部18に出力する。The atmospheric structure
The atmospheric structure
Specifically, the atmospheric structure
The atmospheric structure
The atmospheric structure
変調量算出部16は、テーブル格納部17、位相取得部18及び位相差算出部19を備えている。
変調量算出部16は、大気構造定数算出部15により算出された大気構造定数Cn2に基づいて、後述するビーム分割部33から出力されたM個のレーザ光Lsr1〜LsrMにおけるそれぞれの位相φmの変調量Δφmを算出する。m=1,・・・,Mであり、Mは、2以上の整数である。The modulation
The
テーブル格納部17は、例えば、図3に示すテーブル格納回路42によって実現される。
テーブル格納部17は、N個の大気構造定数Cn1 2〜CnN 2と、M個のレーザ光Lsr1〜LsrMにおけるそれぞれの位相φmとの対応関係を示す第1のテーブルを格納している。Nは、2以上の整数である。
テーブル格納部17は、ビームの光強度と正比例しているK個の電流IPD1〜IPDKと、M個のレーザ光Lsr1〜LsrMにおけるそれぞれの位相φmとの対応関係を示す第2のテーブルを格納している。Kは、2以上の整数である。The
The
The
位相取得部18は、例えば、図3に示す位相取得回路43によって実現される。
位相取得部18は、テーブル格納部17に格納されている第1のテーブルから、大気構造定数算出部15により算出された大気構造定数Cn2と対応しているM個のレーザ光Lsr1〜LsrMにおけるそれぞれの位相φmを第1の位相φ1,mとして取得する。
位相取得部18は、テーブル格納部17に格納されている第2のテーブルから、光強度検出部12により検出された光強度と正比例している電流IPDと対応しているM個のレーザ光Lsr1〜LsrMにおけるそれぞれの位相φmを第2の位相φ2,mとして取得する。
位相取得部18は、第1の位相φ1,1〜φ1,M及び第2の位相φ2,1〜φ2,Mのそれぞれを位相差算出部19に出力する。The
The
The
The
位相差算出部19は、例えば、図3に示す位相差算出回路44によって実現される。
位相差算出部19は、ビーム分割部33から出力されたM個のレーザ光Lsr1〜LsrMにおけるそれぞれの位相φmの変調量Δφmとして、位相取得部18により取得された第1の位相φ1,mと、位相取得部18により取得された第2の位相φ2,mとの位相差を算出する。
位相差算出部19は、算出した変調量Δφmを、位相変調部34の後述する光位相変調器34−mに出力する。The phase
The phase
The
送信機30は、電源31、基準レーザ32、ビーム分割部33、位相変調部34及び送信部35を備えている。
電源31は、駆動用の電力を、光強度検出部12の第1のフォトダイオード14、大気構造定数算出部15、変調量算出部16、基準レーザ32、位相変調部34及び送信部35の光増幅部36のそれぞれに出力する。The
The
基準レーザ32は、送信対象のビームを発振し、発振したビームをビーム分割部33に出力する。
ビーム分割部33は、例えば、ビームスプリッタによって実現される。
ビーム分割部33は、基準レーザ32から出力されたビームをM個に分割し、分割した光であるレーザ光Lsr1〜LsrMのそれぞれを位相変調部34の光位相変調器34−mに出力する。The
The
The
位相変調部34は、M個の光位相変調器34−1〜34−Mを備えている。
位相変調部34は、変調量算出部16により算出されたM個の変調量Δφ1〜ΔφMに従って、ビーム分割部33から出力されたM個のレーザ光Lsr1〜LsrMにおけるそれぞれの位相φmを変調する。
光位相変調器34−mは、変調量算出部16の位相差算出部19により算出された変調量Δφmに従って、ビーム分割部33から出力されたレーザ光Lsrmの位相φmを変調する。
光位相変調器34−mは、位相変調後のレーザ光Lsrmを送信部35の後述する光増幅器36−mに出力する。The
The
The optical phase modulator 34-m modulates the phase φ m of the laser light Lsr m output from the
The optical phase modulator 34-m outputs the laser beam Lsr m after the phase modulation to be described later optical amplifiers 36-m of the
送信部35は、光増幅部36、ビーム合成部37及びビーム送信部38を備えている。
送信部35は、位相変調部34により位相が変調されたM個のレーザ光Lsr1〜LsrMからビームを生成し、生成したビームを、大気を介して、第2の光空間通信装置2に送信する。
光増幅部36は、M個の光増幅器36−1〜36−Mを備えている。
光増幅部36は、位相変調部34により位相が変調されたM個のレーザ光Lsr1〜LsrMのそれぞれを増幅する。
光増幅器36−mは、光位相変調器34−mから出力された位相変調後のレーザ光Lsrmを増幅し、増幅後のレーザ光Lsrmをビーム合成部37に出力する。The
The
The
The
Optical amplifiers 36-m, the laser light Lsr m after the phase-modulated output from the optical phase modulator 34-m amplifies and outputs the laser light Lsr m after amplification to the
ビーム合成部37は、例えば、ビームコンバイナによって実現される。
ビーム合成部37は、光増幅器36−1〜36−Mから出力されたM個のレーザ光Lsr1〜LsrMを合成することでビームを生成し、生成したビームをビーム送信部38に出力する。
ビーム送信部38は、ビーム合成部37から出力されたビームを、大気を介して、第2の光空間通信装置2に送信する。The
The
The beam transmitter 38 transmits the beam output from the
図2では、レーザ光制御装置3の一部の構成要素である大気構造定数算出部15、テーブル格納部17、位相取得部18及び位相差算出部19のそれぞれが、図3に示すような専用のハードウェアによって実現されるものを想定している。即ち、レーザ光制御装置3が、大気構造定数算出回路41、テーブル格納回路42、位相取得回路43及び位相差算出回路44によって実現されるものを想定している。
ここで、テーブル格納回路42は、例えば、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)、フラッシュメモリ、EPROM(Erasable Programmable Read Only Memory)、EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory)等の不揮発性又は揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、あるいは、DVD(Digital Versatile Disc)が該当する。
また、大気構造定数算出回路41、位相取得回路43及び位相差算出回路44のそれぞれは、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)、FPGA(Field−Programmable Gate Array)、又は、これらを組み合わせたものが該当する。In FIG. 2, each of the atmospheric structure
Here, the
Further, each of the atmospheric structure
レーザ光制御装置3の一部の構成要素は、専用のハードウェアによって実現されるものに限るものではなく、レーザ光制御装置3の一部が、ソフトウェア、ファームウェア、又は、ソフトウェアとファームウェアとの組み合わせによって実現されるものであってもよい。
ソフトウェア又はファームウェアは、プログラムとして、コンピュータのメモリに格納される。コンピュータは、プログラムを実行するハードウェアを意味し、例えば、CPU(Central Processing Unit)、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、プロセッサ、あるいは、DSP(Digital Signal Processor)が該当する。
図4は、レーザ光制御装置3の一部が、ソフトウェア又はファームウェア等によって実現される場合のコンピュータのハードウェア構成図である。
レーザ光制御装置3の一部が、ソフトウェア又はファームウェア等によって実現される場合、テーブル格納部17がコンピュータのメモリ51上に構成される。大気構造定数算出部15、位相取得部18及び位相差算出部19の処理手順をコンピュータに実行させるためのプログラムがメモリ51に格納される。そして、コンピュータのプロセッサ52がメモリ51に格納されているプログラムを実行する。Some of the components of the laser light control device 3 are not limited to those realized by dedicated hardware, and some of the laser light control device 3 may be software, firmware, or a combination of software and firmware. May be realized by.
Software or firmware is stored in the memory of the computer as a program. The computer means hardware that executes a program, and corresponds to, for example, a CPU (Central Processing Unit), a central processing unit, a processing unit, an arithmetic unit, a microprocessor, a microcomputer, a processor, or a DSP (Digital Signal Processor). To do.
FIG. 4 is a hardware configuration diagram of a computer when a part of the laser light control device 3 is realized by software, firmware, or the like.
When a part of the laser light control device 3 is realized by software, firmware or the like, the
次に、図1に示す光空間通信システムの動作について説明する。
第1の光空間通信装置1と第2の光空間通信装置2とは、大気を介して、互いにビームを送受信することで、双方向の情報伝送を実施する。
光空間通信システムの起動時は、第1の光空間通信装置1の光位相変調器34−m(m=1,・・・,M)から出力されるレーザ光Lsrmの位相φmが初期値φm,iniに設定される。また、第2の光空間通信装置2の光位相変調器34−mから出力されるレーザ光Lsrmの位相φmが初期値φm,iniに設定される。
初期値φm,iniは、例えば、光位相変調器34−mの内部メモリに格納されていてもよいし、第1の光空間通信装置1の外部、又は、第2の光空間通信装置2の外部から与えられるものであってもよい。
なお、第1の光空間通信装置1の光位相変調器34−mの内部メモリに格納等される初期値φm,iniと、第2の光空間通信装置2の光位相変調器34−mの内部メモリに格納等される初期値φm,iniとは、同じ値である。Next, the operation of the optical space communication system shown in FIG. 1 will be described.
The first optical
Startup space optical communication system includes a first optical
The initial value φ m,ini may be stored in, for example, the internal memory of the optical phase modulator 34-m, may be stored outside the first optical
The initial value φ m,ini stored in the internal memory of the optical phase modulator 34-m of the first optical
以下、図2に示す第1の光空間通信装置1の動作を説明する。第2の光空間通信装置2の動作は、第1の光空間通信装置1の動作と同様であるため説明を省略する。
基準レーザ32は、送信対象のビームを発振し、発振したビームをビーム分割部33に出力する。
第2の光空間通信装置2に伝える情報は、図示せぬ変調器によって、基準レーザ32からビーム分割部33に出力されたビームに重畳される。あるいは、基準レーザ32が、第2の光空間通信装置2に伝える情報を重畳しているビームをビーム分割部33に出力する。The operation of the first optical
The
Information transmitted to the second optical
ビーム分割部33は、基準レーザ32からビームを受けると、ビームをM個に分割し、分割したM個の光であるレーザ光Lsr1〜LsrMのそれぞれを、位相変調部34における光位相変調器34−1〜34−Mのそれぞれに出力する。
光位相変調器34−mは、ビーム分割部33から出力されたレーザ光Lsrmの位相φmを初期値φm,iniに設定し、位相φmを初期値φm,iniに設定したレーザ光Lsrmを光増幅器36−mに出力する。When the
The laser optical phase modulator 34-m is to set the phase phi m of the laser beam Lsr m outputted from the
光増幅器36−mは、光位相変調器34−mからレーザ光Lsrmを受けると、レーザ光Lsrmを増幅し、増幅後のレーザ光Lsrmをビーム合成部37に出力する。
ビーム合成部37は、光増幅器36−1〜36−MからM個のレーザ光Lsr1〜LsrMを受けると、M個のレーザ光Lsr1〜LsrMを合成することでビームを生成し、生成したビームをビーム送信部38に出力する。
図8Aは、ビーム合成部37により合成されるレーザ光Lsr1〜Lsr19の配置例を示す説明図である。図8Aでは、M=19である。
ビーム送信部38は、ビーム合成部37から出力されたビームを、大気を介して、第2の光空間通信装置2に送信する。Optical amplifiers 36-m receives the laser beam Lsr m from the optical phase modulator 34-m, and amplifies the laser light Lsr m, and outputs a laser beam Lsr m after amplification to the
Upon receiving the M laser beams Lsr 1 to Lsr M from the optical amplifiers 36-1 to 36-M, the
FIG. 8A is an explanatory diagram showing an arrangement example of the laser beams Lsr 1 to Lsr 19 combined by the
The beam transmitter 38 transmits the beam output from the
第1の光空間通信装置1の受信部11は、第2の光空間通信装置2から送信されたビームを受信する。
受信部11は、受信したビームを光強度検出部12の集光レンズ13に出力する。The receiving
The
光強度検出部12の集光レンズ13は、受信部11からビームを受けると、ビームを第1のフォトダイオード14の受光面14aに集光する。
第1のフォトダイオード14は、集光レンズ13によって受光面14aに集光されたビームを電気信号に変換する。
第1のフォトダイオード14は、電気信号として、受光面14aに集光されたビームの光強度と正比例している電流IPDを大気構造定数算出部15及び位相取得部18のそれぞれに出力する。
また、第1のフォトダイオード14は、電流IPDを図示せぬ復調器に出力する。Upon receiving the beam from the
The
The
Further, the
大気構造定数算出部15は、第1のフォトダイオード14から電流IPDが出力される毎に、出力された電流IPDを電力PPDに変換して、電力PPDを例えば内部メモリに格納する。
図2に示す第1の光空間通信装置1では、受信部11が、例えば、数秒の時間間隔Δtでビームを受信するものとする。この場合、第1のフォトダイオード14は、時間間隔Δtの電流IPDのそれぞれを大気構造定数算出部15及び位相取得部18のそれぞれに出力し、大気構造定数算出部15は、時間間隔Δtの電力PPDのそれぞれを例えば内部メモリに格納する。The atmospheric structure
In the first optical
大気構造定数算出部15は、一定時間内の電力PPDを例えば内部メモリに格納すると、内部メモリから一定時間内の電力PPDを取得する。例えば、一定時間が10分で、Δt=1[秒]であれば、大気構造定数算出部15は、内部メモリから600個の電力PPDを取得する。
以下、大気構造定数算出部15は、内部メモリから、電力PPD,g(g=1,2,・・・,G)を取得したものとする。gは、取得した電力PPDを識別する変数、Gは、電力PPDの取得数であり、例えば、G=600である。When the atmospheric structure
Hereinafter, it is assumed that the atmospheric structure
大気構造定数算出部15は、内部メモリから取得した電力PPD,1〜PPD,Gを用いて、以下の式(1)〜(3)に示す演算を行うことで、演算結果Result3を得る。
式(1)及び式(2)において、log(x)は、xの対数を示す数学記号である。
式(1)は、電力PPD,1の対数〜PPD,Gの対数の平均値を算出するものであり、式(3)は、Result2,1〜Result2,Gの平均値を算出するものである。The atmospheric structure
In Expressions (1) and (2), log(x) is a mathematical symbol indicating the logarithm of x.
Formula (1) calculates the average value of the logarithm of power P PD,1 to logarithm of P PD,G , and formula (3) calculates the average value of Result 2,1 to Result 2,G. To do.
次に、大気構造定数算出部15は、演算結果Result3を以下の式(4)に代入することで、大気構造定数Cn2を算出する。
式(4)において、Dは、受信部11における受信開口径、Lは、第1の光空間通信装置1と第2の光空間通信装置2との間の距離、kは、波数である。
受信開口径D、距離L及び波数kのそれぞれは、既値であり、例えば、大気構造定数算出部15の内部メモリに格納されていてもよいし、図2に示す第1の光空間通信装置1の外部から与えられるものであってもよい。
大気構造定数算出部15は、算出した大気構造定数Cn2を位相取得部18に出力する。Next, the atmospheric structure
In Expression (4), D is the receiving aperture diameter in the receiving
Each of the reception aperture diameter D, the distance L, and the wave number k is an existing value and may be stored in, for example, the internal memory of the atmospheric structure
The atmospheric structure
テーブル格納部17には、第1のテーブルと、第2のテーブルとが格納されている。
第1のテーブルは、図5に示すように、N個の大気構造定数Cn1 2〜CnN 2と、M個のレーザ光Lsr1〜LsrMにおけるそれぞれの位相φmとの対応関係を記録している。N個の大気構造定数Cn1 2〜CnN 2と、M個のレーザ光Lsr1〜LsrMにおけるそれぞれの位相φmとの対応関係は、例えば、コンピュータのシミュレーションによって計算される。
図5は、第1のテーブルを示す説明図である。
図5では、例えば、大気構造定数Cn1 2と対応している位相φ1〜φMとして、θ1,θ2,θ3,・・・,θ4が第1のテーブルに記録されており、大気構造定数Cn2 2と対応している位相φ1〜φMとして、θ5,θ6,θ7,・・・,θ8が第1のテーブルに記録されている。
現在の大気構造定数が、例えば大気構造定数Cn1 2であれば、大気構造定数Cn1 2と対応している位相φ1〜φMは、大気を伝搬するビームの光強度の変動を抑制することが可能な位相である。
また、現在の大気構造定数が、例えば大気構造定数Cn2 2であれば、大気構造定数Cn2 2と対応している位相φ1〜φMは、大気を伝搬するビームの光強度の変動を抑制することが可能な位相である。
図6は、大気構造定数Cn2と、大気を伝搬するビームの光強度の揺らぎの大きさとの対応関係を示す説明図である。The
The first table, as shown in FIG. 5, the N number of atmospheric structure constant Cn 1 2 to Cn N 2, records the correspondence relation between each of the phases phi m in the
FIG. 5 is an explanatory diagram showing the first table.
In Figure 5, for example, as the phase phi 1 to [phi] M which correspond to the atmospheric structure constant Cn 1 2, θ 1, θ 2, θ 3, ···, θ 4 is recorded in the first table , as the phase phi 1 to [phi] M which correspond to the atmospheric structure constant Cn 2 2, θ 5, θ 6, θ 7, ···, θ 8 is recorded in the first table.
The current atmospheric structure constant, for example if atmospheric structure constant Cn 1 2, the phase phi 1 to [phi] M which correspond to the atmospheric structure constant Cn 1 2, to suppress the variation of the light intensity of the beam propagating through the atmosphere It is a possible phase.
Further, if the current atmospheric structure constant is, for example, the atmospheric structure constant Cn 2 2 , the phases φ 1 to φ M corresponding to the atmospheric structure constant Cn 2 2 indicate fluctuations in the light intensity of the beam propagating in the atmosphere. This is the phase that can be suppressed.
FIG. 6 is an explanatory diagram showing a correspondence relationship between the atmospheric structure constant Cn 2 and the magnitude of fluctuation of the light intensity of the beam propagating in the atmosphere.
第2のテーブルは、図7に示すように、ビームの光強度と正比例しているK個の電流IPD1〜IPDKと、M個のレーザ光Lsr1〜LsrMにおけるそれぞれの位相φmとの対応関係を記録している。K個の電流IPD1〜IPDKと、M個のレーザ光Lsr1〜LsrMにおけるそれぞれの位相φmとの対応関係は、例えば、コンピュータのシミュレーションによって計算される。
図7は、第2のテーブルを示す説明図である。
図7では、例えば、電流IPD1と対応している位相φ1〜位相φMとして、θ21,θ22,θ23,・・・,θ24が第2のテーブルに格納されている。例えば、電流IPD2と対応している位相φ1〜位相φMとして、θ25,θ26,θ27,・・・,θ28が第2のテーブルに格納されている。The second table, as shown in FIG. 7, and the K current I PD1 ~I PDK which is directly proportional with the light intensity of the beam, and each of the phases phi m in the
FIG. 7 is an explanatory diagram showing the second table.
In FIG. 7, for example, θ 21 , θ 22 , θ 23 ,..., θ 24 are stored in the second table as the phases φ 1 to φ M corresponding to the current I PD1 . For example, θ 25 , θ 26 , θ 27 ,..., θ 28 are stored in the second table as the phases φ 1 to φ M corresponding to the current I PD2 .
位相取得部18は、大気構造定数算出部15から大気構造定数Cn2を受けると、テーブル格納部17に格納されている第1のテーブルから、大気構造定数Cn2と対応しているM個のレーザ光Lsr1〜LsrMにおけるそれぞれの位相φmを第1の位相φ1,mとして取得する。
具体的には、位相取得部18は、第1のテーブルに格納されている大気構造定数Cn1 2〜CnN 2の中で、大気構造定数Cn2と最も近い大気構造定数を特定する。
位相取得部18は、第1のテーブルから、特定した大気構造定数と対応しているM個のレーザ光Lsr1〜LsrMにおけるそれぞれの位相φmを第1の位相φ1,mとして取得する。
例えば、特定した大気構造定数が、大気構造定数Cn3 2であれば、位相取得部18は、第1の位相φ1,1〜φ1,Mとして、θ9,θ10,θ11,・・・,θ12を取得する。
位相取得部18は、取得したM個の第1の位相φ1,1〜φ1,Mを位相差算出部19に出力する。When the
Specifically, the
The
For example, by the specified atmospheric structure constant, if atmospheric structure constant Cn 3 2,
The
位相取得部18は、第1のフォトダイオード14から電流IPDを受けると、テーブル格納部17に格納されている第2のテーブルから、電流IPDと対応しているM個のレーザ光Lsr1〜LsrMにおけるそれぞれの位相φmを第2の位相φ2,mとして取得する。
電流IPDは、電力PPD,1〜PPD,Gの変換元のG個の電流IPDのうちのいずれか1つの電流であってもよいし、G個の電流IPDの平均値であってもよい。
具体的には、位相取得部18は、第2のテーブルに格納されている電流IPD1〜IPDKの中で、電流IPDと最も近い電流を特定する。
位相取得部18は、第2のテーブルから、特定した電流と対応しているM個のレーザ光Lsr1〜LsrMにおけるそれぞれの位相φmを第2の位相φ2,mとして取得する。
例えば、特定した電流が、電流IPD2であれば、位相取得部18は、第2の位相φ2,1〜φ2,Mとして、θ25,θ25,θ27,・・・,θ28を取得する。
位相取得部18は、取得したM個の第2の位相φ2,1〜φ2,Mを位相差算出部19に出力する。When the
Current I PD, the power P PD, 1 to P PD, may be any one of a current of the conversion of G-number of current I PD of G, an average value of G number of current I PD It may be.
Specifically, the
The
For example, if the identified current is the current I PD2 , the
The
位相差算出部19は、ビーム分割部33から出力されたM個のレーザ光Lsr1〜LsrMにおけるそれぞれの位相φmの変調量Δφmとして、以下の式(5)に示すように、位相取得部18から出力された、第1の位相φ1,mと第2の位相φ2,mとの位相差を算出する。
位相差算出部19は、算出した変調量Δφ1〜ΔφMのそれぞれを、位相変調部34における光位相変調器34−1〜34−Mのそれぞれに出力する。The phase
The
基準レーザ32は、送信対象のビームを発振し、発振したビームをビーム分割部33に出力する。
第2の光空間通信装置2に伝える情報は、図示せぬ変調器によって、基準レーザ32からビーム分割部33に出力されたビームに重畳される。あるいは、基準レーザ32が、第2の光空間通信装置2に伝える情報を重畳しているビームをビーム分割部33に出力する。
ビーム分割部33は、基準レーザ32からビームを受けると、ビームをM個に分割し、分割したM個の光であるレーザ光Lsr1〜LsrMのそれぞれを、位相変調部34における光位相変調器34−1〜34−Mのそれぞれに出力する。The
Information transmitted to the second optical
When the
位相変調部34は、変調量算出部16からM個の変調量Δφ1〜ΔφMを受けると、M個の変調量Δφ1〜ΔφMに従って、ビーム分割部33から出力されたM個のレーザ光Lsr1〜LsrMにおけるそれぞれの位相φmを変調する。
即ち、光位相変調器34−mは、以下の式(6)に示すように、位相差算出部19から出力された変調量Δφmに従って、ビーム分割部33から出力されたレーザ光Lsrmの位相φmを変調する。
式(6)において、左辺のφmは、位相変調部34による変調後の位相である。右辺のφmは、現在の位相であり、例えば、起動後、最初の位相変調であれば、初期値φm,iniである。
光位相変調器34−mは、位相変調後のレーザ光Lsrmを送信部35の光増幅器36−mに出力する。
位相変調後のレーザ光Lsr1〜LsrMにおける位相φ1〜φMは、大気構造定数Cn1 2と対応している位相φ1〜φMであり、大気を伝搬するビームの光強度の変動を抑制することが可能な位相である。Upon receiving the M modulation amounts Δφ 1 to Δφ M from the modulation
That is, the optical phase modulator 34-m outputs the laser light Lsr m output from the
In Expression (6), φ m on the left side is the phase after modulation by the
The optical phase modulator 34-m outputs the laser beam Lsr m after the phase modulation to the optical amplifier 36-m of the
Phase phi 1 to [phi] M of the
光増幅器36−mは、光位相変調器34−mからレーザ光Lsrmを受けると、レーザ光Lsrmを増幅し、増幅後のレーザ光Lsrmをビーム合成部37に出力する。
ビーム合成部37は、光増幅器36−1〜36−MからM個のレーザ光Lsr1〜LsrMを受けると、M個のレーザ光Lsr1〜LsrMを合成することでビームを生成し、生成したビームをビーム送信部38に出力する。
図8Bは、ビーム合成部37により合成されるレーザ光Lsr1〜Lsr19の配置例を示す説明図である。図8Bでは、M=19である。
図8Aに示すレーザ光Lsr1〜Lsr19と、図8Bに示すレーザ光Lsr1〜Lsr19とを比較して、図中、レーザ光Lsr1〜Lsr19における濃淡の差異は、位相の違いを表している。
ビーム送信部38は、ビーム合成部37から出力されたビームを、大気を介して、第2の光空間通信装置2に送信する。Optical amplifiers 36-m receives the laser beam Lsr m from the optical phase modulator 34-m, and amplifies the laser light Lsr m, and outputs a laser beam Lsr m after amplification to the
Upon receiving the M laser beams Lsr 1 to Lsr M from the optical amplifiers 36-1 to 36-M, the
FIG. 8B is an explanatory diagram showing an arrangement example of the laser lights Lsr 1 to Lsr 19 combined by the
A
The beam transmitter 38 transmits the beam output from the
以上の実施の形態1では、大気構造定数算出部15により算出された大気構造定数に基づいて、送信対象のビームが分割された光である複数のレーザ光のそれぞれの位相の変調量を算出する変調量算出部16を備え、位相変調部34が、変調量算出部16により算出されたそれぞれの変調量に従って、それぞれのレーザ光の位相を変調するように、レーザ光制御装置3を構成した。したがって、レーザ光制御装置3は、機械的な駆動によって制御を行うよりも、短時間で、ビームの光強度の変動を低減することができる。
In the first embodiment described above, based on the atmospheric structure constant calculated by the atmospheric structure constant calculating
実施の形態2.
実施の形態2では、第1の光空間通信装置1及び第2の光空間通信装置2におけるそれぞれの光強度検出部21が、第1のフォトダイオード14の他に、第2のフォトダイオード24を備えている光空間通信システムについて説明する。
In the second embodiment, the light
図9は、実施の形態2に係る光空間通信システムにおける第1の光空間通信装置1を示す構成図である。
第2の光空間通信装置2の構成は、第1の光空間通信装置1の構成と同様であり、第2の光空間通信装置2を示す構成図は、図9である。図9において、図2と同一符号は同一又は相当部分を示すので説明を省略する。
光強度検出部21は、ビーム分割部22、集光レンズ13、第1のフォトダイオード14、集光レンズ23及び第2のフォトダイオード24を備えている。
ビーム分割部22は、例えば、ビームスプリッタによって実現される。
ビーム分割部22は、受信部11により受信されたビームを2分割し、一方のビームを集光レンズ13に出力し、他方のビームを集光レンズ23に出力する。
集光レンズ23は、ビーム分割部22から出力されたビームを第2のフォトダイオード24における後述する受光面24a,24b,24c,24dに集光する。FIG. 9 is a configuration diagram showing the first optical
The configuration of the second optical
The
The
The
The
第2のフォトダイオード24は、例えば、4つの受光面24a,24b,24c,24dを有する四分割フォトダイオード(QPD:Quadrate Photo Diode)によって実現される。
第2のフォトダイオード24は、受信部11により受信されたビームのうち、それぞれの受光面24a,24b,24c,24dに照射されたビームの光強度をそれぞれ検出する。
第2のフォトダイオード24は、受光面24aに照射されたビームの光強度と正比例している電流IPD1を変調量算出部16の後述する位相取得部18aに出力する。
第2のフォトダイオード24は、受光面24bに照射されたビームの光強度と正比例している電流IPD2を位相取得部18aに出力する。
第2のフォトダイオード24は、受光面24cに照射されたビームの光強度と正比例している電流IPD3を位相取得部18aに出力する。
第2のフォトダイオード24は、受光面24dに照射されたビームの光強度と正比例している電流IPD4を位相取得部18aに出力する。
図9に示す第1の光空間通信装置1では、第2のフォトダイオード24が、四分割フォトダイオードによって実現されている。第2のフォトダイオード24は、複数の受光面を有する複数分割フォトダイオードであればよく、四分割フォトダイオードに限るものではない。したがって、第2のフォトダイオード24は、例えば、二分割フォトダイオードによって実現されていてもよいし、八分割フォトダイオードによって実現されていてもよい。The
The
The
The
The
The
In the first optical
図2に示す第1の光空間通信装置1では、第1のフォトダイオード14が、電流IPDを大気構造定数算出部15及び位相取得部18のそれぞれに出力しているが、図9に示す第1の光空間通信装置1では、第1のフォトダイオード14が、電流IPDを大気構造定数算出部15のみに出力している。In the first optical
位相取得部18aは、例えば、図3に示す位相取得回路43によって実現される。
位相取得部18aは、図2に示す位相取得部18と同様に、テーブル格納部17に格納されている第1のテーブルから、大気構造定数算出部15により算出された大気構造定数Cn2と対応しているM個のレーザ光Lsr1〜LsrMにおけるそれぞれの位相φmを第1の位相φ1,mとして取得する。
位相取得部18aは、第2のフォトダイオード24から出力された電流IPD1〜IPD4の平均値IPDaveを算出する。
位相取得部18aは、テーブル格納部17に格納されている第2のテーブルから、算出した平均値IPDaveと対応しているM個のレーザ光Lsr1〜LsrMにおけるそれぞれの位相φmを第2の位相φ2,mとして取得する。
位相取得部18aは、第1の位相φ1,1〜φ1,M及び第2の位相φ2,1〜φ2,Mのそれぞれを位相差算出部19に出力する。The phase acquisition unit 18a is realized by, for example, the
The phase acquisition unit 18a corresponds to the atmospheric structure constant Cn 2 calculated by the atmospheric structure
The phase acquisition unit 18a calculates an average value I PDave of the currents I PD1 to I PD4 output from the
The phase acquisition unit 18a uses the second table stored in the
The phase acquisition unit 18 a outputs each of the first phases φ 1,1 to φ 1 ,M and the second phases φ 2,1 to φ 2,M to the phase
図9では、レーザ光制御装置3の一部の構成要素である大気構造定数算出部15、テーブル格納部17、位相取得部18a及び位相差算出部19のそれぞれが、図3に示すような専用のハードウェアによって実現されるものを想定している。即ち、レーザ光制御装置3が、大気構造定数算出回路41、テーブル格納回路42、位相取得回路43及び位相差算出回路44によって実現されるものを想定している。
In FIG. 9, each of the atmospheric structure
レーザ光制御装置3の一部の構成要素は、専用のハードウェアによって実現されるものに限るものではなく、レーザ光制御装置3の一部が、ソフトウェア、ファームウェア、又は、ソフトウェアとファームウェアとの組み合わせによって実現されるものであってもよい。
レーザ光制御装置3の一部が、ソフトウェア又はファームウェア等によって実現される場合、テーブル格納部17がコンピュータのメモリ51上に構成される。大気構造定数算出部15、位相取得部18a及び位相差算出部19の処理手順をコンピュータに実行させるためのプログラムがメモリ51に格納される。そして、コンピュータのプロセッサ52がメモリ51に格納されているプログラムを実行する。Some of the components of the laser light control device 3 are not limited to those realized by dedicated hardware, and some of the laser light control device 3 may be software, firmware, or a combination of software and firmware. May be realized by.
When a part of the laser light control device 3 is realized by software, firmware or the like, the
次に、図9に示す第1の光空間通信装置1の動作を説明する。第2の光空間通信装置2の動作は、第1の光空間通信装置1の動作と同様であるため説明を省略する。
光強度検出部21及び位相取得部18a以外は、図2に示す第1の光空間通信装置1と同様であるため、ここでは、光強度検出部21及び位相取得部18aの動作のみを説明する。Next, the operation of the first optical
Since the components other than the light
光強度検出部21のビーム分割部22は、受信部11からビームを受けると、ビームを2分割して、一方のビームを集光レンズ13に出力し、他方のビームを集光レンズ23に出力する。
集光レンズ13は、ビーム分割部22からビームを受けると、ビームを第1のフォトダイオード14の受光面14aに集光する。
第1のフォトダイオード14は、集光レンズ13によって受光面14aに集光されたビームを電気信号に変換する。
第1のフォトダイオード14は、電気信号として、受光面14aに集光されたビームの光強度と正比例している電流IPDを大気構造定数算出部15に出力する。
また、第1のフォトダイオード14は、電流IPDを図示せぬ復調器に出力する。When the
Upon receiving the beam from the
The
The
Further, the
集光レンズ23は、ビーム分割部22からビームを受けると、ビームを第2のフォトダイオード24における4つの受光面24a,24b,24c,24dに集光する。
4つの受光面24a,24b,24c,24dに対して、集光レンズ23により集光されたビームが均等に照射される場合のほか、大気の揺らぎ等が原因で、集光レンズ23により集光されたビームが均等に照射されない場合がある。
図10Aは、4つの受光面24a,24b,24c,24dに対して、集光レンズ23により集光されたビームが均等に照射されている例を示している。図10Bは、4つの受光面24a,24b,24c,24dに対して、集光レンズ23により集光されたビームが均等に照射されていない例を示している。Upon receiving the beam from the
The four light-receiving
FIG. 10A shows an example in which the four light-receiving
第2のフォトダイオード24は、集光レンズ23から出射されたビームが、4つの受光面24a,24b,24c,24dのそれぞれに照射されると、4つの受光面24a,24b,24c,24dのそれぞれに照射されたレーザの光強度を検出する。
第2のフォトダイオード24は、受光面24aに照射されたビームの光強度と正比例している電流IPD1を位相取得部18aに出力する。
第2のフォトダイオード24は、受光面24bに照射されたビームの光強度と正比例している電流IPD2を位相取得部18aに出力する。
第2のフォトダイオード24は、受光面24cに照射されたビームの光強度と正比例している電流IPD3を位相取得部18aに出力する。
第2のフォトダイオード24は、受光面24dに照射されたビームの光強度と正比例している電流IPD4を位相取得部18aに出力する。
第1のフォトダイオード14から出力される電流IPD及び電流IPD1〜IPD4のそれぞれは、大気の揺らぎ等が原因で変化するが、電流IPD1〜IPD4の平均値IPDaveは、大気の揺らぎ等が生じていても、ほとんど変化しない。When the beam emitted from the
The
The
The
The
The current I PD and the currents I PD1 to I PD4 output from the
位相取得部18aは、大気構造定数算出部15から大気構造定数Cn2を受けると、図2に示す位相取得部18と同様に、テーブル格納部17に格納されている第1のテーブルから、大気構造定数Cn2と対応しているM個のレーザ光Lsr1〜LsrMにおけるそれぞれの位相φmを第1の位相φ1,mとして取得する。
位相取得部18aは、取得したM個の第1の位相φ1,1〜φ1,Mを位相差算出部19に出力する。When the phase acquisition unit 18a receives the atmospheric structure constant Cn 2 from the atmospheric structure
The phase acquisition unit 18 a outputs the acquired M first phases φ 1,1 to φ 1 ,M to the phase
位相取得部18aは、第2のフォトダイオード24から電流IPD1〜IPD4を受けると、以下の式(7)に示すように、電流IPD1〜IPD4の平均値IPDaveを算出する。
位相取得部18aは、テーブル格納部17に格納されている第2のテーブルから、算出した平均値IPDaveと対応しているM個のレーザ光Lsr1〜LsrMにおけるそれぞれの位相φmを第2の位相φ2,mとして取得する。
具体的には、位相取得部18aは、第2のテーブルに格納されている電流IPD1〜IPDKの中で、平均値IPDaveと最も近い電流を特定する。
位相取得部18aは、第2のテーブルから、特定した電流と対応しているM個のレーザ光Lsr1〜LsrMにおけるそれぞれの位相φmを第2の位相φ2,mとして取得する。
例えば、特定した電流が、電流IPD2であれば、位相取得部18aは、第2の位相φ2,1〜φ2,Mとして、θ25,θ25,θ27,・・・,θ28を取得する。
位相取得部18aは、取得したM個の第2の位相φ2,1〜φ2,Mを位相差算出部19に出力する。Upon receiving the currents I PD1 to I PD4 from the
The phase acquisition unit 18a uses the second table stored in the
Specifically, the phase acquisition unit 18a identifies the current closest to the average value I PDave among the currents I PD1 to I PDK stored in the second table.
The phase acquisition unit 18a acquires, from the second table, the respective phases φ m in the M laser beams Lsr 1 to Lsr M corresponding to the specified current as the second phases φ 2,m .
For example, if the identified current is the current I PD2 , the phase acquisition unit 18a sets θ 25 , θ 25 , θ 27 ,..., θ 28 as the second phases φ 2,1 to φ 2,M. To get
The phase acquisition unit 18 a outputs the acquired M second phases φ 2,1 to φ 2,M to the phase
以上の実施の形態2では、光強度検出部21が、受信部11により受信されたビームの光強度を検出する第1のフォトダイオード14と、複数の受光面24a,24b,24c,24dを有しており、受信部11により受信されたビームのうち、それぞれの受光面24a,24b,24c,24dに照射されたビームの光強度をそれぞれ検出する第2のフォトダイオード24とを備え、大気構造定数算出部15が、第1のフォトダイオード14により検出された光強度から大気構造定数を算出し、位相取得部18aが、第2のフォトダイオード24によりそれぞれ検出された光強度の平均値を算出し、第2のテーブルから、平均値と対応しているそれぞれの第2の位相を取得するように、レーザ光制御装置3を構成した。したがって、レーザ光制御装置3は、機械的な駆動によって制御を行うよりも、短時間で、ビームの光強度の変動を低減できるほか、大気の揺らぎ等が生じていても、第2の位相の誤取得を防止することができる。
In the second embodiment described above, the
図9に示すレーザ光制御装置3では、位相取得部18aが、第2のテーブルに格納されている電流IPD1〜IPDKの中で、平均値IPDaveと最も近い電流を特定し、第2のテーブルから、特定した電流と対応しているM個のレーザ光Lsr1〜LsrMにおけるそれぞれの位相φmを第2の位相φ2,mとして取得している。
しかし、これは一例に過ぎず、位相取得部18aが、以下のようにして、第2の位相φ2,mを取得するようにしてもよい。In the laser beam control device 3 shown in FIG. 9, the phase acquisition unit 18a identifies the current closest to the average value I PDave among the currents I PD1 to I PDK stored in the second table, and the second From the table, the respective phases φ m in the M laser beams Lsr 1 to Lsr M corresponding to the specified current are acquired as the second phases φ 2,m .
However, this is merely an example, and the phase acquisition unit 18a may acquire the second phase φ 2,m as follows.
位相取得部18aは、平均値IPDaveを算出すると、以下の式(8)に示すように、第2のテーブルに格納されている電流IPD1〜IPDKと、平均値IPDaveとの差分ΔIPD1〜ΔIPDKをそれぞれ算出する。
Phase acquisition unit 18a, calculating the average value I PDave, as shown in the following equation (8), the current I PD1 ~I PDK stored in the second table, the difference ΔI between the average value I PDave PD1 to ΔI PDK are calculated respectively.
位相取得部18aは、算出した差分ΔIPD1〜ΔIPDKの中で、最も小さい差分ΔIPDminを特定する。
位相取得部18aは、以下の式(9)に示すように、特定した差分ΔIPDminと平均値IPDaveとを加算して、差分ΔIPDminと平均値IPDaveとの加算結果Itrueを得る。
位相取得部18aは、第2のテーブルに格納されている電流IPD1〜IPDKの中で、加算結果Itrueと一致する電流を特定する。
位相取得部18aは、第2のテーブルから、加算結果Itrueと一致する電流と対応しているM個のレーザ光Lsr1〜LsrMにおけるそれぞれの位相φmを第2の位相φ2,mとして取得する。
位相取得部18aは、取得したM個の第2の位相φ2,1〜φ2,Mを位相差算出部19に出力する。The phase acquisition unit 18a identifies the smallest difference ΔI PDmin among the calculated differences ΔI PD1 to ΔI PDK .
The phase acquisition unit 18a adds the specified difference ΔI PDmin and the average value I PDave to obtain the addition result I true of the difference ΔI PDmin and the average value I PDave , as shown in the following expression (9).
The phase acquisition unit 18a identifies a current that matches the addition result I true among the currents I PD1 to I PDK stored in the second table.
From the second table, the phase acquisition unit 18a outputs the respective phases φ m in the M laser beams Lsr 1 to Lsr M corresponding to the currents that match the addition result I true to the second phases φ 2,m. To get as.
The phase acquisition unit 18 a outputs the acquired M second phases φ 2,1 to φ 2,M to the phase
なお、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。 It should be noted that, within the scope of the invention, the invention of the present application is capable of freely combining the respective embodiments, modifying any constituent element of each embodiment, or omitting any constituent element in each embodiment. ..
この発明は、 レーザ光の位相を変調するレーザ光制御装置、光空間通信装置及び光空間通信システムに適している。 The present invention is suitable for a laser light control device that modulates the phase of laser light, an optical space communication device, and an optical space communication system.
1 第1の光空間通信装置、2 第2の光空間通信装置、3 レーザ光制御装置、10 受信機、11 受信部、12 光強度検出部、13 集光レンズ、14 第1のフォトダイオード、14a 受光面、15 大気構造定数算出部、16 変調量算出部、17 テーブル格納部、18,18a 位相取得部、19 位相差算出部、21 光強度検出部、22 ビーム分割部、23 集光レンズ、24 第2のフォトダイオード、24a,24b,24c,24d 受光面、30 送信機、31 電源、32 基準レーザ、33 ビーム分割部、34 位相変調部、34−1〜34−M 光位相変調器、35 送信部、36 光増幅部、36−1〜36−M 光増幅器、37 ビーム合成部、38 ビーム送信部、41 大気構造定数算出回路、42 テーブル格納回路、43 位相取得回路、44 位相差算出回路、51 メモリ、52 プロセッサ。
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記光強度検出部により光強度が検出される毎に、当該光強度を取得し、取得した複数の光強度から、前記通信相手の光空間通信装置との間の大気の屈折率の乱れ具合いを示す大気構造定数を算出する大気構造定数算出部と、
前記大気構造定数算出部により算出された大気構造定数に基づいて、送信対象のビームが分割された光である複数のレーザ光のそれぞれの位相の変調量を算出する変調量算出部と、
前記変調量算出部により算出されたそれぞれの変調量に従って、それぞれのレーザ光の位相を変調する位相変調部と
を備えたレーザ光制御装置。 When the beam transmitted from the optical space communication device of the communication partner is received, a light intensity detection unit that detects the light intensity of the beam,
Each time the light intensity is detected by the light intensity detection unit, the light intensity is acquired, and from the plurality of acquired light intensities, the degree of disorder of the refractive index of the atmosphere between the optical space communication device of the communication partner is disturbed. An atmospheric structure constant calculation unit for calculating the atmospheric structure constants shown,
Based on the atmospheric structure constant calculated by the atmospheric structure constant calculation unit, a modulation amount calculation unit for calculating the modulation amount of each phase of a plurality of laser light is a beam of the beam to be transmitted is divided,
A laser light control device comprising: a phase modulation unit that modulates the phase of each laser light according to each modulation amount calculated by the modulation amount calculation unit.
大気構造定数と、それぞれのレーザ光の位相との対応関係を示す第1のテーブルと、ビームの光強度と、それぞれのレーザ光の位相との対応関係を示す第2のテーブルとを格納しているテーブル格納部と、
前記第1のテーブルから、前記大気構造定数算出部により算出された大気構造定数と対応しているそれぞれのレーザ光の位相を第1の位相として取得し、前記第2のテーブルから、前記光強度検出部により検出された光強度と対応しているそれぞれのレーザ光の位相を第2の位相として取得する位相取得部と、
それぞれのレーザ光の位相の変調量として、前記位相取得部により取得されたそれぞれの第1の位相と、前記位相取得部により取得されたそれぞれの第2の位相との位相差を算出する位相差算出部とを備えていることを特徴とする請求項1記載のレーザ光制御装置。 The modulation amount calculation unit,
A first table showing the correspondence between the atmospheric structure constants and the phases of the respective laser lights, and a second table showing the correspondence between the light intensity of the beam and the phases of the respective laser lights are stored. Table storage,
From the first table, the phase of each laser beam corresponding to the atmospheric structure constant calculated by the atmospheric structure constant calculating unit is acquired as the first phase, and from the second table, the light intensity is obtained. A phase acquisition unit that acquires, as the second phase, the phase of each laser beam corresponding to the light intensity detected by the detection unit;
A phase difference for calculating a phase difference between each first phase acquired by the phase acquisition unit and each second phase acquired by the phase acquisition unit as a modulation amount of the phase of each laser beam. The laser light control device according to claim 1, further comprising a calculation unit.
前記受信されたビームの光強度を検出する第1のフォトダイオードと、
複数の受光面を有しており、前記受信されたビームのうち、それぞれの受光面に照射されたビームの光強度をそれぞれ検出する第2のフォトダイオードとを備え、
前記大気構造定数算出部は、前記第1のフォトダイオードにより光強度が検出される毎に、当該光強度を取得し、取得した複数の光強度から大気構造定数を算出し、
前記位相取得部は、前記第2のフォトダイオードによりそれぞれ検出された光強度の平均値を算出し、前記第2のテーブルから、前記平均値と対応しているそれぞれの第2の位相を取得することを特徴とする請求項2記載のレーザ光制御装置。 The light intensity detection unit,
A first photodiode for detecting the light intensity of the received beam;
A second photodiode having a plurality of light-receiving surfaces, each of which has a second photodiode that detects the light intensity of each of the beams received by the light-receiving surface,
The atmospheric structure constant calculation unit, each time the light intensity is detected by the first photodiode , acquires the light intensity, and calculates the atmospheric structure constant from the plurality of acquired light intensity,
The phase acquisition unit calculates an average value of the light intensity detected by each of the second photodiodes, and acquires each second phase corresponding to the average value from the second table. The laser light control device according to claim 2, wherein
前記受信部により受信されたビームの光強度を検出する光強度検出部と、
前記光強度検出部により光強度が検出される毎に、当該光強度を取得し、取得した複数の光強度から、前記通信相手の光空間通信装置との間の大気の屈折率の乱れ具合いを示す大気構造定数を算出する大気構造定数算出部と、
送信対象のビームを分割し、分割した光である複数のレーザ光を出力するビーム分割部と、
前記大気構造定数算出部により算出された大気構造定数に基づいて、前記ビーム分割部から出力されたそれぞれのレーザ光の位相の変調量を算出する変調量算出部と、
前記変調量算出部により算出されたそれぞれの変調量に従って、それぞれのレーザ光の位相を変調する位相変調部と、
前記位相変調部により位相が変調された複数のレーザ光からビームを生成し、生成したビームを前記通信相手の光空間通信装置に送信する送信部と
を備えた光空間通信装置。 A receiving unit that receives a beam transmitted from an optical space communication device of a communication partner,
A light intensity detector for detecting the light intensity of the beam received by the receiver,
Each time the light intensity is detected by the light intensity detection unit, the light intensity is acquired, and from the plurality of acquired light intensities, the degree of disorder of the refractive index of the atmosphere between the optical space communication device of the communication partner is disturbed. An atmospheric structure constant calculation unit for calculating the atmospheric structure constants shown,
A beam splitting unit that splits a beam to be transmitted and outputs a plurality of laser lights that are split lights,
Based on the atmospheric structure constant calculated by the atmospheric structure constant calculation unit, a modulation amount calculation unit for calculating the modulation amount of the phase of each laser light output from the beam splitting unit,
According to each modulation amount calculated by the modulation amount calculation unit, a phase modulation unit that modulates the phase of each laser light,
An optical space communication device, comprising: a transmission unit that generates a beam from a plurality of laser lights whose phases are modulated by the phase modulation unit and that transmits the generated beam to the optical space communication device of the communication partner.
大気構造定数と、それぞれのレーザ光の位相との対応関係を示す第1のテーブルと、ビームの光強度と、それぞれのレーザ光の位相との対応関係を示す第2のテーブルとを格納しているテーブル格納部と、
前記第1のテーブルから、前記大気構造定数算出部により算出された大気構造定数と対応しているそれぞれのレーザ光の位相を第1の位相として取得し、前記第2のテーブルから、前記光強度検出部により検出された光強度と対応しているそれぞれのレーザ光の位相を第2の位相として取得する位相取得部と、
それぞれのレーザ光の位相の変調量として、前記位相取得部により取得されたそれぞれの第1の位相と、前記位相取得部により取得されたそれぞれの第2の位相との位相差を算出する位相差算出部とを備えていることを特徴とする請求項4記載の光空間通信装置。 The modulation amount calculation unit,
A first table showing the correspondence between the atmospheric structure constants and the phases of the respective laser lights, and a second table showing the correspondence between the light intensity of the beam and the phases of the respective laser lights are stored. Table storage,
From the first table, the phase of each laser beam corresponding to the atmospheric structure constant calculated by the atmospheric structure constant calculating unit is acquired as the first phase, and from the second table, the light intensity is obtained. A phase acquisition unit that acquires, as the second phase, the phase of each laser beam corresponding to the light intensity detected by the detection unit;
A phase difference for calculating a phase difference between each first phase acquired by the phase acquisition unit and each second phase acquired by the phase acquisition unit as a modulation amount of the phase of each laser beam. The optical space communication device according to claim 4, further comprising a calculation unit.
前記受信部により受信されたビームの光強度を検出する第1のフォトダイオードと、
複数の受光面を有しており、前記受信部により受信されたビームのうち、それぞれの受光面に照射されたビームの光強度をそれぞれ検出する第2のフォトダイオードとを備え、
前記大気構造定数算出部は、前記第1のフォトダイオードにより光強度が検出される毎に、当該光強度を取得し、取得した複数の光強度から大気構造定数を算出し、
前記位相取得部は、前記第2のフォトダイオードによりそれぞれ検出された光強度の平均値を算出し、前記第2のテーブルから、前記平均値と対応しているそれぞれの第2の位相を取得することを特徴とする請求項5記載の光空間通信装置。 The light intensity detection unit,
A first photodiode for detecting the light intensity of the beam received by the receiver,
A second photodiode having a plurality of light-receiving surfaces, each of which detects the light intensity of the beam irradiated to each light-receiving surface among the beams received by the receiving unit,
The atmospheric structure constant calculation unit, each time the light intensity is detected by the first photodiode , acquires the light intensity, and calculates the atmospheric structure constant from the plurality of acquired light intensity,
The phase acquisition unit calculates an average value of the light intensity detected by each of the second photodiodes, and acquires each second phase corresponding to the average value from the second table. The optical space communication device according to claim 5, wherein
前記第1の光空間通信装置は、前記第2の光空間通信装置が通信相手の光空間通信装置であり、
前記第2の光空間通信装置は、前記第1の光空間通信装置が通信相手の光空間通信装置であり、
前記第1の光空間通信装置及び前記第2の光空間通信装置のそれぞれは、
通信相手の光空間通信装置から送信されたビームを受信する受信部と、
前記受信部により受信されたビームの光強度を検出する光強度検出部と、
前記光強度検出部により光強度が検出される毎に、当該光強度を取得し、取得した複数の光強度から、前記第1の光空間通信装置と前記第2の光空間通信装置との間の大気の屈折率の乱れ具合いを示す大気構造定数を算出する大気構造定数算出部と、
送信対象のビームを分割し、分割した光である複数のレーザ光を出力するビーム分割部と、
前記大気構造定数算出部により算出された大気構造定数に基づいて、前記ビーム分割部から出力されたそれぞれのレーザ光の位相の変調量を算出する変調量算出部と、
前記変調量算出部により算出されたそれぞれの変調量に従って、それぞれのレーザ光の位相を変調する位相変調部と、
前記位相変調部により位相が変調された複数のレーザ光からビームを生成し、生成したビームを通信相手の光空間通信装置に送信する送信部とを備えていることを特徴とする光空間通信システム。 A first optical space communication device and a second optical space communication device,
The first optical space communication device is an optical space communication device with which the second optical space communication device is a communication partner,
The second optical space communication device is an optical space communication device with which the first optical space communication device is a communication partner,
Each of the first optical space communication device and the second optical space communication device,
A receiving unit that receives a beam transmitted from an optical space communication device of a communication partner,
A light intensity detector for detecting the light intensity of the beam received by the receiver,
Every time the light intensity is detected by the light intensity detection unit, the light intensity is acquired, and the plurality of acquired light intensities are used to determine the difference between the first optical space communication device and the second optical space communication device. An atmospheric structure constant calculation unit that calculates an atmospheric structure constant indicating the degree of turbulence of the refractive index of the atmosphere,
A beam splitting unit that splits a beam to be transmitted and outputs a plurality of laser lights that are split lights,
Based on the atmospheric structure constant calculated by the atmospheric structure constant calculation unit, a modulation amount calculation unit for calculating the modulation amount of the phase of each laser light output from the beam splitter,
According to each modulation amount calculated by the modulation amount calculation unit, a phase modulation unit that modulates the phase of each laser light,
An optical space communication system, comprising: a transmission unit that generates a beam from a plurality of laser lights whose phases are modulated by the phase modulation unit and transmits the generated beam to an optical space communication device of a communication partner. ..
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