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JP2893507B2 - Optical communication device - Google Patents

Optical communication device

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JP2893507B2
JP2893507B2 JP6234512A JP23451294A JP2893507B2 JP 2893507 B2 JP2893507 B2 JP 2893507B2 JP 6234512 A JP6234512 A JP 6234512A JP 23451294 A JP23451294 A JP 23451294A JP 2893507 B2 JP2893507 B2 JP 2893507B2
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JP
Japan
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laser signal
laser
signal light
optical
optical communication
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智宏 荒木
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UCHU KAIHATSU JIGYODAN
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UCHU KAIHATSU JIGYODAN
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、人工衛星等の宇宙機
相互間の連携通信に用いられるレーザ光による光通信装
置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical communication device using laser light used for cooperative communication between spacecraft such as artificial satellites.

【0002】[0002]

【従来の技術】人工衛星を始め、宇宙ステーション等の
各種宇宙機においては、相互に連携をとることが運用面
において重要であり、したがって通信面においてもそれ
らの宇宙機相互間の連携通信が要求されている。従来、
このような宇宙機相互間の連携通信は、電波を用いて行
われている。ところが地球観測衛星や宇宙ステーション
等の如く宇宙における活動が増加するに伴い、宇宙機相
互間で伝送すべき情報量も飛躍的に増大し、データ信号
速度が1〜10Gbps 程度必要とされている。しかし従来
の電波による通信方式では、混信を防止するための周波
数割当の問題や、アンテナ口径あるいは送信出力の限界
等から実用的には既に限界状態に達している。このため
レーザ光を用いた光通信方式が注目され、特に大気の影
響を受けない宇宙空間では宇宙機相互間の光通信方式は
有望視されている。ところで、宇宙機相互間の連携通信
に、このレーザ光による光通信方式を用いる場合、レー
ザ光のビーム幅は10-12 〜10-13 deg 程度と非常に狭
く、しかもレーザビームは数万kmという遠距離の通信相
手と送受信を行うためにμrad オーダの高精度なビーム
制御を必要とする。
2. Description of the Related Art In various spacecraft such as artificial satellites and space stations, it is important to cooperate with each other in terms of operation. Therefore, cooperative communication between these spacecrafts is also required in communication. Have been. Conventionally,
Such cooperative communication between spacecrafts is performed using radio waves. However, as the activities in space such as earth observation satellites and space stations have increased, the amount of information to be transmitted between spacecraft has increased dramatically, and a data signal speed of about 1 to 10 Gbps is required. However, the conventional radio communication system has already reached the limit in practical use due to the problem of frequency allocation for preventing interference, the limit of the antenna aperture or the transmission output, and the like. For this reason, an optical communication system using a laser beam attracts attention, and an optical communication system between spacecrafts is expected to be particularly promising in outer space which is not affected by the atmosphere. By the way, when using this optical communication method by laser light for cooperative communication between spacecraft, the beam width of the laser light is very narrow, about 10 -12 to 10 -13 deg, and the laser beam is tens of thousands km. High-precision beam control on the order of μrad is required to perform transmission and reception with long-distance communication partners.

【0003】かかる高精度のビーム制御を容易に行える
ようにするため、人工衛星相互間の連携通信における送
受信は、図4に示すような反射型の単一の大口径望遠鏡
を用いて行われようとしている。図4において、101 は
接眼レンズで、主鏡102 の中心部に形成されている貫通
孔102aの近傍に配置されている。103 は接眼レンズ101
からのレーザ光を主鏡102 に向けて反射するための副鏡
である。このように構成されている望遠鏡においては、
主発振レーザからのレーザ信号光は接眼レンズ101 を通
して副鏡103 及び主鏡102 で、それぞれ反射され、通信
の相手方へ送出される。一方、通信の相手方からのレー
ザ信号光は、主鏡102 及び副鏡103 で反射され、接眼レ
ンズ101 を通して、レーザ信号光検出器で検出されるよ
うになっている。なお、送信するレーザ信号光と相手方
からのレーザ信号光とは僅かに波長が異なり、波長分離
特性を有するビームスプリッタで分離することが出来る
ようになっている。
In order to easily perform such high-precision beam control, transmission and reception in cooperative communication between artificial satellites will be performed using a single large-diameter reflective telescope as shown in FIG. And In FIG. 4, reference numeral 101 denotes an eyepiece, which is disposed near a through-hole 102a formed in the center of the primary mirror 102. 103 is the eyepiece 101
This is a secondary mirror for reflecting the laser beam from the mirror toward the primary mirror 102. In a telescope configured in this way,
The laser signal light from the main oscillation laser is reflected by the sub-mirror 103 and the main mirror 102 through the eyepiece 101, and is transmitted to the communication partner. On the other hand, the laser signal light from the communication partner is reflected by the primary mirror 102 and the secondary mirror 103, passes through the eyepiece 101, and is detected by the laser signal light detector. The laser signal light to be transmitted and the laser signal light from the other party have slightly different wavelengths, and can be separated by a beam splitter having wavelength separation characteristics.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記単一の
大口径望遠鏡には、極めて高い製作精度が要求され、そ
の製作技術の難度は極めて高いものである。また宇宙環
境下での熱変形の防止、人工衛星の打ち上げ時の振動な
どに耐えるための工夫を施しつつ、宇宙機に必須な軽量
化を行わなければならないという問題点がある。
By the way, the single large-aperture telescope is required to have extremely high manufacturing accuracy, and the manufacturing technology thereof is extremely difficult. In addition, there is a problem that it is necessary to reduce the weight required for the spacecraft while taking measures to prevent thermal deformation in a space environment and to withstand vibration during launching of the satellite.

【0005】この大口径望遠鏡の技術的な困難性を回避
する一つの方法として、図5に示すような複数の小型望
遠鏡を束ねて形成する光フェーズドアレイアンテナ状構
成の望遠鏡が考えられる。すなわち、単一の主発振レー
ザ部201 と、該主発振レーザ部201 より出射されたレー
ザ信号光を複数のレーザ信号光に分岐するための分岐器
202 と、分岐された各分岐レーザ信号光の位相を制御す
るための位相制御器203 と、位相制御された各分岐レー
ザ信号光を出射するための複数の小型望遠鏡204 とで光
送信部を構成し、複数の小型望遠鏡204 から出射される
レーザ信号光の出力ビームを合成して送信ビームとする
ように構成するものである。
As one method for avoiding the technical difficulty of the large-diameter telescope, a telescope having an optical phased array antenna-like configuration formed by bundling a plurality of small telescopes as shown in FIG. 5 can be considered. That is, a single main oscillation laser unit 201 and a splitter for splitting the laser signal light emitted from the main oscillation laser unit 201 into a plurality of laser signal lights.
An optical transmission unit is composed of 202, a phase controller 203 for controlling the phase of each branched laser signal light, and a plurality of small telescopes 204 for emitting each phase-controlled branched laser signal light. The output beam of the laser signal light emitted from the plurality of small telescopes 204 is combined into a transmission beam.

【0006】しかしながら、このように光送信部を構成
した場合、光分岐時に生じる損失、途中の伝搬に必要な
単一モードの光ファイバが余り大きな入力に耐えられな
いこと、単一の主発振レーザ部の出力の限界、また高出
力レーザを変調することの技術的困難さから、送信出力
を大幅に向上させることは困難である。
However, when the optical transmitter is configured in this manner, the loss caused at the time of optical branching, the single-mode optical fiber required for propagation along the way cannot withstand an excessively large input, and the single main oscillation laser Due to the power limitations of the unit and the technical difficulties of modulating high power lasers, it is difficult to significantly increase the transmission power.

【0007】本発明は、従来の、あるいは上記考えられ
る光通信装置における上記問題点を解決するためになさ
れたもので、大出力が得られ且つ軽量化された光通信装
置を提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems in the conventional or conceivable optical communication apparatus, and an object of the present invention is to provide an optical communication apparatus capable of obtaining a large output and reducing the weight. And

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段及び作用】上記問題点を解
決するため、本発明は、人工衛星などの宇宙機に搭載さ
れ、該宇宙機相互間の連携通信を行うためのレーザ光に
よる光通信装置において、変調部を含む単一の主発振レ
ーザ部と、該主発振レーザ部より出射されたレーザ信号
光を複数のレーザ信号光に分岐するための分岐器と、分
岐された各分岐レーザ信号光の位相を制御するための位
相制御器と、位相制御された各分岐レーザ信号光を増幅
するための光増幅器と、増幅された各分岐レーザ信号光
を出射するための複数の小型望遠鏡とを備え、各小型望
遠鏡から出射された各レーザ信号光の出力ビームを合成
して単一の送信ビームとするように構成するものであ
る。
SUMMARY OF THE INVENTION In order to solve the above problems, the present invention is directed to an optical communication system using a laser beam mounted on a spacecraft such as an artificial satellite for performing cooperative communication between the spacecrafts. In the apparatus, a single main oscillation laser section including a modulation section, a splitter for splitting a laser signal light emitted from the main oscillation laser section into a plurality of laser signal lights, and each split laser beam split A phase controller for controlling the phase of light, an optical amplifier for amplifying each phase-controlled branched laser signal light, and a plurality of small telescopes for emitting each amplified branched laser signal light. The output beam of each laser signal light emitted from each of the small telescopes is combined into a single transmission beam.

【0009】このように構成した光通信装置において
は、位相制御された各分岐レーザ信号光は光増幅器によ
り送信に必要な出力まで光増幅される。したがって、大
なる出力の単一の主発振レーザ部を用いなくても、更に
は分岐器による損失に拘わらず、送信出力の大幅の増大
と軽量化を図ることができる。
In the optical communication apparatus thus configured, each phase-controlled branched laser signal light is optically amplified by an optical amplifier to an output required for transmission. Therefore, even if a single main oscillation laser section having a large output is not used, the transmission output can be significantly increased and the weight can be reduced irrespective of the loss caused by the branching device.

【0010】[0010]

【実施例】次に、実施例について説明する。図1は、本
発明に係る光通信装置の一実施例を示す概略図である。
図1において、1は変調部を含む単一の主発振レーザ
部、2は該主発振レーザ部1から出射されたレーザ信号
光を複数の信号光に分岐するための分岐器で、単一の光
ファイバの端部に複数本の光ファイバの各端部を融着さ
せたもので構成されている(8本程度に分岐するものは
スターカプラー等と呼ばれ、市販されている)。3−1
〜3−9は光ファイバで一端は前記分岐器2の出力端に
接続され、他端にはそれぞれ位相制御器4−1〜4−9
が接続されている。位相制御器としては、例えば図2に
示すように、LiNbO3 結晶からなる光導波路11に電極1
2,13を設け、電極12,13間に数Vの電圧を印加して結
晶の屈折率を制御し、等価的に光路長を変化させ、位相
を制御するように構成したものなどを用いることができ
る。5−1〜5−9は前記位相制御器4−1〜4−9の
出力端に接続された光増幅器で、エルビウム添加光ファ
イバ増幅器や半導体光増幅器などが用いられる。6−1
〜6−9は前記光増幅器の出力端に接続され、増幅され
た各レーザ信号光を送出するための小型望遠鏡で、例え
ば図3に示すような、凹レンズ21と凸レンズ22とからな
る最も基本的なガリレオ型屈折望遠鏡で十分である。
Next, an embodiment will be described. FIG. 1 is a schematic diagram showing one embodiment of the optical communication device according to the present invention.
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a single main oscillation laser unit including a modulation unit, and 2 denotes a splitter for splitting a laser signal light emitted from the main oscillation laser unit 1 into a plurality of signal lights. The optical fiber is formed by fusing each end of a plurality of optical fibers to the end of the optical fiber (the one branched into about eight is called a star coupler or the like and is commercially available). 3-1
Reference numerals 3-9 denote optical fibers, one end of which is connected to the output end of the splitter 2, and the other end of which has phase controllers 4-1 to 4-9, respectively.
Is connected. As a phase controller, for example, as shown in FIG. 2, an electrode 1 is connected to an optical waveguide 11 made of LiNbO 3 crystal.
2 and 13 are provided, and a voltage of several volts is applied between the electrodes 12 and 13 to control the refractive index of the crystal, equivalently changing the optical path length, and controlling the phase. Can be. Reference numerals 5-1 to 5-9 denote optical amplifiers connected to the output terminals of the phase controllers 4-1 to 4-9, such as erbium-doped optical fiber amplifiers and semiconductor optical amplifiers. 6-1
Reference numerals 6-9 denote small telescopes connected to the output terminal of the optical amplifier for transmitting the amplified laser signal lights. The small telescopes include, for example, a concave lens 21 and a convex lens 22, as shown in FIG. Galileo-type refracting telescopes are sufficient.

【0011】次に、このように構成した宇宙用光通信装
置における動作について説明する。主発振レーザ部1か
ら出射されたレーザ信号光は、分岐器2において多数の
レーザ信号光に分岐され、それぞれ光ファイバ3−1〜
3−9を介して位相制御器4−1〜4−9に導かれ、位
相の制御が行われる。この段階では分岐された各レーザ
信号光は、通信に必要な出力を有する信号光とはなって
いない。位相制御器4−1〜4−9で制御された各レー
ザ信号光は光増幅器5−1〜5−9に導かれ、必要な出
力の信号光となるように光増幅される。光増幅器5−1
〜5−9で所定の出力に光増幅された各レーザ信号光
は、それぞれ小型の望遠鏡6−1〜6−9に導かれ、
小型望遠鏡から出射された各レーザ信号光は合成されて
単一の送信ビームとして、通信の相手方へ向けて送出さ
れる。なお位相制御器4を用いて行う位相制御は、遠方
において、光アンテナ毎の位相差による光ビーム相互の
干渉による光量の減少を最小限にするために、光路長の
差などによる位相差を補正することを目的とするもので
あり、製作/組立後の微調整で、遠方に到達する光量が
最大になるように位相差を除去する制御を行う。
Next, the operation of the space optical communication apparatus having the above-described configuration will be described. The laser signal light emitted from the main oscillation laser unit 1 is split into a large number of laser signal lights in the splitter 2, and each of the optical fibers 3-1 to 3-1
It is guided to the phase controllers 4-1 to 4-9 via 3-9, and the phase is controlled. At this stage, the branched laser signal lights are not signal lights having outputs necessary for communication. Each laser signal light controlled by the phase controllers 4-1 to 4-9 is guided to the optical amplifiers 5-1 to 5-9, and is optically amplified so as to be a required output signal light. Optical amplifier 5-1
Each of the laser signal lights optically amplified to predetermined outputs at 5−5-9 are guided to small telescopes 6-1 to 6-9, respectively.
Each laser signal beam emitted from the small telescope is synthesized
The signal is transmitted as a single transmission beam to the communication partner. The phase control performed using the phase controller 4 corrects a phase difference due to a difference in optical path length or the like in a distant place in order to minimize a decrease in light quantity due to interference between light beams due to a phase difference between optical antennas. The control for removing the phase difference so as to maximize the amount of light reaching a distant place is performed by fine adjustment after production / assembly.

【0012】[0012]

【発明の効果】以上実施例に基づいて説明したように、
本発明によれば、位相制御された各分岐レーザ信号光を
光増幅器により送信に必要な出力まで光増幅されて小型
の各望遠鏡から送出されるように構成したので、大なる
出力の単一の主発振レーザ部を用いなくても、更には分
岐器による損失に拘わらず、送信出力の大幅な増大と軽
量化を図ることができる。
As described above with reference to the embodiments,
According to the present invention, since each phase-controlled branched laser signal light is optically amplified to an output required for transmission by an optical amplifier and transmitted from each small telescope, a single output having a large output is obtained. Even without using the main oscillation laser section, the transmission output can be significantly increased and the weight can be reduced irrespective of the loss due to the branching device.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明に係る光通信装置の実施例を示す概略図
である。
FIG. 1 is a schematic diagram showing an embodiment of an optical communication device according to the present invention.

【図2】図1に示した実施例における位相制御器の構成
例を示す概略図である。
FIG. 2 is a schematic diagram showing a configuration example of a phase controller in the embodiment shown in FIG.

【図3】図1に示した実施例における小型望遠鏡の構成
例を示す概略図である。
FIG. 3 is a schematic diagram showing a configuration example of a small telescope in the embodiment shown in FIG. 1;

【図4】従来の人工衛星相互間の連携通信に用いられて
いる大口径望遠鏡の構成を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a configuration of a conventional large-diameter telescope used for cooperative communication between artificial satellites.

【図5】従来考えられていた光フェーズドアレイアンテ
ナ状構成の小型望遠鏡を用いた光通信装置の構成を示す
概略図である。
FIG. 5 is a schematic diagram showing a configuration of an optical communication device using a small telescope having an optical phased array antenna configuration that has been conventionally considered.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 主発振レーザ部 2 分岐器 3−1〜3−9 光ファイバ 4−1〜4−9 位相制御器 5−1〜5−9 光増幅器 6−1〜6−9 小型望遠鏡 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Main oscillation laser part 2 Branching device 3-1-3-9 Optical fiber 4-1-4-9 Phase controller 5-1-5-9 Optical amplifier 6-1-6-9 Small telescope

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H04B 10/00 - 10/28 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 6 , DB name) H04B 10/00-10/28

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 人工衛星などの宇宙機に搭載され、該宇
宙機相互間の連携通信を行うためのレーザ光による光通
信装置において、変調部を含む単一の主発振レーザ部
と、該主発振レーザ部より出射されたレーザ信号光を複
数のレーザ信号光に分岐するための分岐器と、分岐され
た各分岐レーザ信号光の位相を制御するための位相制御
器と、位相制御された各分岐レーザ信号光を増幅するた
めの光増幅器と、増幅された各分岐レーザ信号光を出射
するための複数の小型望遠鏡とを備え、各小型望遠鏡か
ら出射された各レーザ信号光の出力ビームを合成して
一の送信ビームとするように構成したことを特徴とする
光通信装置。
An optical communication device mounted on a spacecraft such as an artificial satellite or the like and using a laser beam for performing cooperative communication between the spacecrafts , comprising: a single main oscillation laser unit including a modulation unit ; A splitter for splitting the laser signal light emitted from the oscillation laser unit into a plurality of laser signal lights, a phase controller for controlling the phase of each split laser signal light, and An optical amplifier for amplifying the branched laser signal light and a plurality of small telescopes for emitting the amplified branched laser signal light are provided, and the output beams of the laser signal lights emitted from the small telescopes are combined. Just
An optical communication device, wherein the optical communication device is configured to be one transmission beam.
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