WO2014136421A1 - 送受信装置、光空間伝送システムおよび送受信方法 - Google Patents

送受信装置、光空間伝送システムおよび送受信方法 Download PDF

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WO2014136421A1
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light
transmission
multiplexing
reception
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PCT/JP2014/001124
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陽一 橋本
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日本電気株式会社
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04J—MULTIPLEX COMMUNICATION
    • H04J14/00—Optical multiplex systems
    • H04J14/06—Polarisation multiplex systems
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/11—Arrangements specific to free-space transmission, i.e. transmission through air or vacuum
    • H04B10/112—Line-of-sight transmission over an extended range
    • H04B10/1123—Bidirectional transmission
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/11—Arrangements specific to free-space transmission, i.e. transmission through air or vacuum
    • H04B10/118—Arrangements specific to free-space transmission, i.e. transmission through air or vacuum specially adapted for satellite communication

Definitions

  • the present invention relates to a transmission / reception apparatus, an optical space transmission system, and a transmission / reception method for transmitting / receiving polarization multiplexed signal light.
  • the present invention relates to a transmission / reception apparatus, an optical space transmission system, and a transmission / reception method used for communication between a flying object such as a satellite or an aircraft and a ground base station.
  • optical space communication particularly in the ultra-long distance optical space transmission such as satellite-satellite optical space communication
  • transmission light in a single polarization state is generally used. This is to perform bidirectional communication in which a single optical link path is constructed in free space by capturing and tracking the transmitted light emitted from the local station and the partner station using the optical antennas of each other. .
  • Patent Document 1 discloses a technique for separating a transmission light having a high optical power transmitted from the own station side and a weak reception light transmitted from the counterpart station according to a polarization state.
  • FIG. 6 shows a block diagram of the optical space communication device disclosed in Patent Document 1.
  • the optical space communication device 90 shown in FIG. 6 separates the linearly polarized transmission light generated in the optical transmitter 91 according to the polarization state in the beam splitter 93, and transmits the P-wave transmission light to the optical monitor 94.
  • the wave transmission light is output to the collimator lens 95.
  • the optical monitor 94 adjusts the optical axis of the transmission beam based on the input P-wave transmission light.
  • the S-wave transmission light output to the collimator lens 95 is converted into parallel rays by the collimator lens 95, converted to circularly polarized light by the ⁇ / 4 plate 96, and the beam diameter is enlarged by the secondary mirror 97 and the primary mirror 98. And then released into free space.
  • the optical space communication device 90 shown in FIG. 6 reduces the beam diameter of the incident received light at the primary mirror 98 and the secondary mirror 97 when ⁇ / 4 received light enters from the other station, and ⁇ / 4
  • the plate 96 converts to linearly polarized light. Further, the received light converted into the linearly polarized light is converted into a parallel light beam by the collimator lens 95, then input to the beam splitter 93, and transmitted to the optical receiver 92 side and demodulated based on the polarization state.
  • the digital coherent optical communication system is attracting attention as an optical communication technology applied to next-generation optical fiber networks on land and on the sea floor. Applying digital coherent optical communication system to ultra-long-distance optical space transmission between a flying object such as a satellite or an aircraft and a ground base station from the viewpoint of using highly sensitive reception characteristics and digital signal processing such as Doppler frequency shift correction To be considered.
  • the optical space communication device 90 described in Patent Document 1 cannot be applied to the digital coherent technology as it is.
  • the reason is that in the digital coherent technology, it is assumed that polarization multiplexed signal light obtained by combining signal lights having two polarization states orthogonal to each other is used.
  • the optical space communication device 90 described in Patent Document 1 separates transmission light transmitted from the local station side and reception light transmitted from the counterpart station according to the polarization state.
  • digital coherent technology is applied to the optical space communication device 90 and transmission light and reception light are separated according to the polarization state, there is a high possibility that the signal cannot be demodulated by the digital signal processing unit after coherent reception.
  • the probability of occurrence of a problem increases.
  • the present invention has been made in view of the above-described problems, and can transmit and receive optical signals by separating transmission light and reception light with high accuracy even in a digital coherent communication system using polarization multiplexed signal light.
  • An object of the present invention is to provide an optical space transmission system and a transmission / reception method.
  • the first transmission / reception apparatus receives received light that alternately includes temporally alternating first received light components and second received light components whose polarization states are orthogonal to each other,
  • An antenna unit that radiates the first transmission light having a polarization state orthogonal to the first reception light component and the second transmission light having a polarization state orthogonal to the second reception light component in a predetermined direction to the external space, respectively.
  • first transmitter that generates the first transmission light
  • second transmitter that generates the second transmission light, the incident received light, and the generated first transmission light according to the polarization state
  • a first polarization multiplexing / demultiplexing circuit that outputs the received light component and the first transmitted light in different directions on the same axis, and the incident received light and the generated second transmitted light are separated according to the polarization state
  • Second polarization multiplexing / demultiplexing that outputs the second received light component and the second transmitted light in different directions on the same axis Comprising road and, a first receiving light component and a receiver for processing multiplexes the second reception light components outputted, the.
  • the second transmission / reception apparatus receives the first reception light and the second reception light whose polarization states are orthogonal to each other, and transmits the third transmission light to the external space.
  • Polarization demultiplexing circuit for extracting an optical component, a first multiplexing / demultiplexing circuit for outputting the extracted first transmission light component and the first reception light in different directions on the same axis, and an extracted second transmission
  • a second multiplexing / demultiplexing circuit for outputting the optical component and the second received light in different directions on the same axis;
  • a polarization multiplexing / demultiplexing circuit that multiplexes the component and the second transmission light component output from the second multiplexing / demultiplexing circuit and outputs the resultant signal to the antenna unit as third transmission light, and is output from the first multiplexing / demultiplexing circuit.
  • a receiver for combining and processing the first received light and the second received light output from the second
  • an optical space transmission system includes a first transmission / reception device that emits first signal light and second signal light whose polarization states are orthogonal to each other, and a polarization state. Emits a third signal light that alternately includes a first signal light component that is in the same state as the first signal light and a second signal light component that is in the same state as the second signal light in the polarization state. And the above second transmitting / receiving device.
  • a first transmission / reception method of the present invention received light including first received light components and second received light components whose polarization states are orthogonal to each other is incident, First transmission light having a polarization state orthogonal to one reception light component is generated, second transmission light having a polarization state orthogonal to the second reception light component is generated, and incident reception light and generated first
  • the transmission light is separated based on the polarization state, the first reception light component and the first transmission light are output in different directions on the same axis, and the incident reception light and the generated second transmission light are polarized.
  • the second received light component and the second transmitted light are output in different directions on the same axis, and the output first transmitted light and the second transmitted light are directed to a predetermined direction, respectively, in the external space.
  • the first received light component and the second received light component that are emitted and output are combined and processed.
  • the second transmission / reception method is configured such that the first reception light and the second reception light whose polarization states are orthogonal to each other are incident, and the incident first reception light and the second reception light are incident.
  • the received light is separated according to the polarization state, the transmission light is generated, and the generated transmission light is divided into the first transmission light component and the second reception light having a polarization state orthogonal to the first reception light.
  • the first transmission light component and the second transmission are modulated by modulating the second transmission light component having an orthogonal polarization state into transmission light that alternately includes temporally alternating light, and separating the modulated transmission light according to the polarization state.
  • the optical component is extracted, the extracted first transmitted light component and the separated first received light are output in different directions on the same axis, and the second received light separated from the extracted second transmitted light component The light is output in different directions on the same axis, and the output first transmission light component and second transmission light component are combined. It radiated to the external space, to process the first received light and a second received light output.
  • 1 is a system configuration diagram of an optical space transmission system 10 according to a first embodiment. It is a block block diagram of the transmission / reception apparatus 100 which concerns on 2nd Embodiment. It is a block block diagram of the transmission / reception apparatus 500 which concerns on 3rd Embodiment. It is a block block diagram of the input / output port 720 which concerns on 3rd Embodiment. It is a figure for demonstrating the gate control method of the angle detectors 841 and 842 of the transmission / reception apparatus 500 which concerns on 3rd Embodiment. In the optical space transmission system 900B which concerns on 4th Embodiment, it is a system block diagram when transmitting information from the 1st terminal station 100B to the 2nd terminal station 500B.
  • FIG. 900B which concerns on 4th Embodiment, it is a system block diagram when transmitting information from the 2nd terminal station 500B to the 1st terminal station 100B.
  • 2 is a block configuration diagram of an optical space communication device 90 of Patent Document 1.
  • FIG. 900B is a system block diagram when transmitting information from the 2nd terminal station 500B to the 1st terminal station 100B.
  • FIG. 1 shows a system configuration diagram of an optical space transmission system according to the present embodiment.
  • the optical space transmission system 10 includes a first transmission / reception device 20 and a second transmission / reception device 30.
  • satellite-ground optical communication is assumed. That is, a terminal station on the satellite station that has a large amount of information and needs to transmit the information is the first transmitting / receiving device 20, and the terminal station on the ground station side that receives the large-capacity information that is the counterpart station Is the second transmitting / receiving device 30.
  • the information transmitted from the second transmission / reception device 30 to the first transmission / reception device 20 is only control information such as a retransmission command signal, and the information transmitted from the first transmission / reception device 20 to the second transmission / reception device 30. It is assumed that the amount of information is small compared to.
  • the first transmission / reception device 20 radiates the first signal light 41 and the second signal light 42 whose polarization states are orthogonal to each other toward the second transmission / reception device 30. Further, in the first transmission / reception device 20, the third signal light 43 including the first reception light component and the second reception light component whose polarization states are orthogonal to each other in terms of time is supplied to the second transmission / reception device 30. Incident from.
  • the polarization state of the first signal light 41 and the first reception light component of the third signal light 43 is orthogonal, and the second reception light component of the second signal light 42 and the third signal light 43. Is perpendicular to the polarization state.
  • the first transmitter / receiver 20 includes a first transmitter 21, a second transmitter 22, a first polarization multiplexing / demultiplexing circuit 23, a second polarization multiplexing / demultiplexing circuit 24, and an antenna unit 25. And a receiver 26.
  • the first transmitter 21 generates a first signal light 41 having a polarization state orthogonal to the first received light component of the third signal light 43 incident from the second transmitting / receiving device 30 to generate a first polarization. It outputs to the wave multiplexing / demultiplexing circuit 23.
  • the second transmitter 22 generates a second signal light 42 having a polarization state orthogonal to the second received light component of the third signal light 43 incident from the second transmitting / receiving device 30 to generate a second polarized light. It outputs to the wave multiplexing / demultiplexing circuit 24.
  • the first polarization multiplexing / demultiplexing circuit 23 separates the third signal light 43 input from the antenna unit 25 and the first signal light 41 input from the first transmitter 21 according to the polarization state. Then, the first received light component of the first signal light 41 and the third signal light 43 are output in different directions on the same axis. In the present embodiment, the first signal light 41 is output to the antenna unit 25, and the first received light component of the third signal light 43 is output to the receiver 26.
  • the second polarization multiplexing / demultiplexing circuit 24 separates the third signal light 43 input from the antenna unit 25 and the second signal light 42 input from the second transmitter 22 according to the polarization state. Then, the second signal light 42 and the second received light component of the third signal light 43 are output in different directions on the same axis. In the present embodiment, the second signal light 42 is output to the antenna unit 25, and the second received light component of the third signal light 43 is output to the receiver 26.
  • the third signal light 43 radiated from the second transmitting / receiving device 30 is incident on the antenna unit 25.
  • the antenna unit 25 outputs the incident third signal light 43 to the first polarization multiplexing / demultiplexing circuit 23 and the second polarization multiplexing / demultiplexing circuit 24.
  • the antenna unit 25 receives the first signal light 41 input from the first polarization multiplexing / demultiplexing circuit 23 and the second signal light 42 input from the second polarization multiplexing / demultiplexing circuit 24 as the second signal light. Radiates toward the transmission / reception device 30.
  • the receiver 26 receives the first received light component of the third signal light 43 input from the first polarization multiplexing / demultiplexing circuit 23 and the third signal light input from the second polarization multiplexing / demultiplexing circuit 24.
  • the 43 second received light components are combined and processed.
  • the receiver 26 processes the third signal light 43 obtained by combining the first received light component and the second received light component by applying a digital coherent technique.
  • the second transmission / reception device 30 directs the third signal light 43 that alternately includes the first reception light component and the second reception light component whose polarization states are orthogonal to each other to the first transmission / reception device 20. Radiate. Further, the first signal light 41 and the second signal light 42 whose polarization states are orthogonal to each other are incident on the second transmission / reception device 30 from the first transmission / reception device 20.
  • the polarization state of the first signal light 41 and the first reception light component of the third signal light 43 is orthogonal, and the second signal light 42 and the third signal light 43 The polarization state is orthogonal to the second received light component.
  • the second transmitter / receiver 30 includes a transmitter 31, a modulator 32, a polarization demultiplexing circuit 33, a polarization multiplexing / demultiplexing circuit 34, a first multiplexing / demultiplexing circuit 35, and a second multiplexing / demultiplexing circuit.
  • a wave circuit 36, an antenna unit 37, and a receiver 38 are provided.
  • the transmitter 31 generates signal light that is the source of the third signal light 43 and outputs the signal light to the modulator 32.
  • the modulator 32 modulates the signal light input from the transmitter 31 into the third signal light 43 and outputs it to the polarization demultiplexing circuit 33.
  • the third signal light 43 is incident from the first transmission light component having a polarization state orthogonal to the first signal light 41 incident from the first transmission / reception device 20 and the first transmission / reception device 20.
  • Second transmission light components having a polarization state orthogonal to the second signal light 42 are alternately included in time.
  • the polarization demultiplexing circuit 33 separates the third signal light 43 input from the modulator 32 according to the polarization state, and the first transmission light component of the third signal light 43 is the first multiplexing / demultiplexing circuit. And the second transmission light component of the third signal light 43 is output to the second multiplexing / demultiplexing circuit 36.
  • the polarization multiplexing / demultiplexing circuit 34 separates the first signal light 41 and the second signal light 42 input from the antenna unit 37 according to the polarization state, and separates the first signal light 41 into the first multiplexing / demultiplexing circuit. In addition to outputting to the wave circuit 35, the second signal light 42 is output to the second multiplexing / demultiplexing circuit 36. Further, the polarization multiplexing / demultiplexing circuit 34 includes the first transmission light component of the third signal light 43 input from the first multiplexing / demultiplexing circuit 35 and the third signal input from the second multiplexing / demultiplexing circuit 36. The second transmission light component of the light 43 is combined and the third signal light 43 is output to the antenna unit 37.
  • the first multiplexing / demultiplexing circuit 35 includes a first signal light 41 input from the polarization multiplexing / demultiplexing circuit 34 and a first transmission light component of the third signal light 43 input from the polarization demultiplexing circuit 33. Are output in different directions on the same axis.
  • the first signal light 41 is output to the receiver 38, and the first transmission light component of the third signal light 43 is output to the polarization multiplexing / demultiplexing circuit 34.
  • the second multiplexing / demultiplexing circuit 36 includes the second signal light 42 input from the polarization multiplexing / demultiplexing circuit 34 and the second transmission light component of the third signal light 43 input from the polarization demultiplexing circuit 33. Are output in different directions on the same axis.
  • the second signal light 42 is output to the receiver 38, and the second transmission light component of the third signal light 43 is output to the polarization multiplexing / demultiplexing circuit 34.
  • the first signal light 41 and the second signal light 42 radiated from the first transmission / reception device 20 are incident on the antenna unit 37.
  • the antenna unit 37 outputs the incident first signal light 41 and second signal light 42 to the polarization multiplexing / demultiplexing circuit 34.
  • the antenna unit 37 radiates the third signal light 43 input from the polarization multiplexing / demultiplexing circuit 34 toward the first transmitting / receiving device 20.
  • the receiver 38 multiplexes and processes the first signal light 41 input from the first multiplexing / demultiplexing circuit 35 and the second signal light 42 input from the second multiplexing / demultiplexing circuit 36.
  • the receiver 38 processes the combined light of the first signal light 41 and the second signal light 42 by applying a digital coherent technique.
  • the first transmission / reception device 20 and the second transmission / reception device 30 separate the transmission light and the reception light into two components having orthogonal polarization states, respectively. Then, it is multiplexed / demultiplexed on the same axis. Therefore, the optical space transmission system 10 according to the present embodiment can transmit and receive signal light by separating transmission light and reception light with high accuracy even when a digital coherent communication method is applied.
  • the transmission / reception apparatus according to the present embodiment is mainly applied to a terminal station that transmits a large amount of information, such as a ground observation satellite or an aircraft having image data related to ground observation.
  • FIG. 2 shows a configuration diagram of the transmission / reception apparatus according to the present embodiment.
  • the transmission / reception device 100 includes two optical transmitters 210 and 220, an optical antenna unit 300, and an optical reception unit 400.
  • the optical transmitters 210 and 220 generate linearly polarized modulated signals orthogonal to each other, and output them to the polarization multiplexing / demultiplexing circuits 311 and 321 of the optical antenna unit 300, respectively.
  • the optical antenna unit 300 radiates transmission light to free space and captures and tracks signal light emitted from the partner station to ensure an optical link path.
  • the optical antenna unit 300 includes two input / output ports 310 and 320.
  • the input / output ports 310 and 320 include polarization multiplexing / demultiplexing circuits 311 and 321, acquisition and tracking control mirrors 312 and 322, ⁇ / 4 wavelength plates 313 and 323, optical telescopes 314 and 324, and gimbals 315 and 325, respectively.
  • the polarization multiplexing / demultiplexing circuits 311 and 321 separate the input signal light into transmission light and reception light based on the polarization state.
  • the polarization multiplexing / demultiplexing circuits 311 and 321 guide the transmission light to the capture and tracking control mirrors 312 and 322 side, and guide the reception light to the demultiplexers 411 and 421 side of the optical receiver 400.
  • the capture and tracking control mirrors 312 and 322 control the optical axis direction of transmission light and reception light.
  • the ⁇ / 4 wavelength plates 313 and 323 convert linearly polarized light into circularly polarized light and circularly polarized light into linearly polarized light.
  • the optical telescopes 314 and 324 ensure the gain of the antenna at the time of transmission / reception.
  • the gimbals 315 and 325 control the radiation / reception direction of the transmission / reception beam. Then, transmission lights having polarization states orthogonal to each other are radiated from the input / output ports 310 and 320 configured as described above.
  • the optical receiver 400 has a function of receiving signal light emitted from the counterpart station and a function of capturing and tracking signal light emitted from the counterpart station. As shown in FIG. 2, the optical receiver 400 includes two demultiplexers 411, 412, four optical filters 421, 422, 431, 432, two angle detectors 441, 442, and a polarization multiplexing / demultiplexing circuit 450. , A clock extraction circuit 460, a receiver 470, and a control circuit 480.
  • Each of the demultiplexers 411 and 412 branches the received light input from the input / output ports 310 and 320 of the optical antenna unit 300 into two, to the optical filter 421 and the optical filter 431, and the optical filter 422 and the optical filter 432. Output.
  • Each of the optical filters 421, 422, 431, and 432 separates the reception light and the leakage light component of the transmission light by the wavelength, and outputs the reception light from which the leakage light component of the transmission light is removed.
  • the received light separated in the optical filters 421 and 422 is input to the angle detectors 441 and 442.
  • the received lights separated by the optical filters 431 and 432 are input to the polarization multiplexing / demultiplexing circuit 450.
  • Angle detectors 441 and 442 detect incident angles of received light input from the optical filters 421 and 422, generate signals for acquisition and tracking, and output the signals to the clock extraction circuit 460 and the control circuit 480.
  • the polarization multiplexing / demultiplexing circuit 450 multiplexes the two received lights input from the optical filters 431 and 432 while maintaining the respective polarization states, and outputs the multiplexed light to the receiver 470.
  • the clock extraction circuit 460 detects the clock frequency component of the received light from the signals input from the angle detectors 441 and 442, and outputs the detected clock frequency component to the receiver 470.
  • the receiver 470 demodulates the polarization multiplexed signal input from the polarization multiplexing / demultiplexing circuit 450 based on the clock frequency component input from the clock extraction circuit 460, thereby various information output from the counterpart station.
  • the control circuit 480 controls the direction and the like of the capture tracking control mirrors 312 and 322 and the gimbals 315 and 325 of the optical antenna unit 300 based on the signals input from the angle detectors 441 and 442.
  • the transmission / reception apparatus 100 configured as described above operates as follows. First, when transmitting information from the transmission / reception apparatus 100 to a partner station, the optical transmitters 210 and 220 generate transmission light and output the generated transmission light to the polarization multiplexing / demultiplexing circuits 311 and 321 of the optical antenna unit 300, respectively. To do.
  • the polarization multiplexing / demultiplexing circuits 311 and 321 are set so that the transmission lights input from the optical transmitters 210 and 220 are in a polarization state orthogonal to each other.
  • the transmission light whose polarization state is controlled is further converted into circularly polarized light rotating in opposite directions in the ⁇ / 4 wavelength plates 313 and 323.
  • the transmission light in a single polarization state is emitted from one input / output port 310 to free space, and the transmission in a single polarization state that is orthogonal to the polarization state of one transmission light is emitted from the other input / output port 320.
  • Light is emitted into free space. Since the two transmitted lights emitted into free space spread with the diffraction limit of the light, the two transmitted lights overlap each other at the other station, and the overlapping portion is obtained by polarization multiplexing the two transmitted lights. It can be regarded as one transmission light.
  • the transmission / reception device 100 receives the reception light emitted from the counterpart station
  • the reception light emitted from the counterpart station enters the optical antenna unit 300.
  • the optical antenna unit 300 circularly polarized signal light whose polarization direction is alternately rotated in the opposite direction at time intervals of an arbitrary clock frequency is incident as received light.
  • Received light that has entered the input / output port 310 is converted from circularly polarized light that alternately rotates in the opposite direction in the ⁇ / 4 wavelength plate 313 to signal light in which two orthogonal linearly polarized light alternately change. Further, only one polarization component is extracted from the converted signal light in the polarization multiplexing / demultiplexing circuit 311 and output to the demultiplexer 411 of the optical receiving unit 400.
  • the received light incident on the input / output port 320 is converted from circularly polarized light that alternately rotates in the opposite direction in the ⁇ / 4 wavelength plate 323 to signal light in which two orthogonal linearly polarized light alternately change. Further, only the other polarization component is extracted from the converted signal light in the polarization multiplexing / demultiplexing circuit 321, and is output to the demultiplexer 421 of the optical receiver 400.
  • the received light output from the polarization multiplexing / demultiplexing circuit 311 and the received light output from the polarization multiplexing / demultiplexing circuit 321 are signals having polarization states that are orthogonal to each other and shifted by the time interval of the clock frequency. Become light. The reason for this is that the polarization state of the received light incident from the partner station appears alternately at time intervals of the clock frequency.
  • the polarization direction of the received light separated by the polarization multiplexing / demultiplexing circuit 311 is orthogonal to the polarization direction of the transmission light multiplexed by the polarization multiplexing / demultiplexing circuit 311.
  • the polarization direction of the reception light separated by the polarization multiplexing / demultiplexing circuit 321 is orthogonal to the polarization direction of the transmission light multiplexed by the polarization multiplexing / demultiplexing circuit 321. Therefore, the transmitted light is not guided from the polarization multiplexing / demultiplexing circuits 311 and 321 to the demultiplexers 411 and 421, but only the received light is transmitted to the demultiplexers 411 and 421.
  • Output light input from the input / output ports 310 and 320 to the demultiplexers 411 and 421 is branched by the demultiplexers 411 and 412, and is output to the optical filters 421, 422, 431, and 432, respectively.
  • the leakage light component of the transmitted light is removed based on the wavelength, and only the received light is input to the angle detectors 441 and 442.
  • the leakage light component of the transmission light is removed based on the wavelength, and only the reception light is input to the polarization multiplexing / demultiplexing circuit 450.
  • the angle detectors 441 and 442 acquire the angle information of the optical axis of the input received light, generate a control signal for capturing and tracking, and output the control signal to the clock extraction circuit 460 and the control circuit 480.
  • the polarization multiplexing / demultiplexing circuit 450 multiplexes the two received lights that have been input and outputs the multiplexed light to the receiver 470.
  • the receiver 470 demodulates the received light input from the polarization multiplexing / demultiplexing circuit 450 using the clock frequency component input from the clock extraction circuit 460, thereby acquiring various information output from the counterpart station.
  • the receiver 470 processes the received light input from the polarization multiplexing / demultiplexing circuit 450 by applying a digital coherent technique.
  • the control circuit 480 controls the capture and tracking control mirrors 312 and 322 and the gimbals 315 and 325 of the optical antenna unit 300 based on the angle information input from the angle detectors 441 and 442.
  • the clock extraction circuit 460 extracts a clock frequency component from the received light input from the angle detectors 441 and 442 and outputs the clock frequency component to the receiver 470. This is because the received light input to the angle detectors 441 and 442 has an envelope waveform whose intensity is modulated with a clock component.
  • the transmission / reception device 100 includes the two input / output ports 310 and 320 that separately process signal lights orthogonal to each other.
  • the polarization multiplexing / demultiplexing circuits 311 and 321 of the input / output ports 310 and 320 the received light and the transmitted light can be separated with high accuracy based on the polarization state.
  • the leakage light component of the transmission light is separated and removed by the polarization in the polarization multiplexing / demultiplexing circuits 311 and 321, and then further depending on the wavelength by the wavelength in the optical filters 431 and 432 Separated and removed. Therefore, only weak received light that does not include noise light of the transmitted light is extracted and input to the receiver 470.
  • the transmission / reception apparatus 100 can transmit and receive signal light by separating transmission light and reception light with high accuracy even when a digital coherent communication method is applied.
  • circularly polarized transmission light is emitted from the input / output ports 310 and 320.
  • the present invention is not limited to this. For example, it can be emitted as linearly polarized light without being modulated into circularly polarized light as it is, or can be emitted after being modulated into elliptically polarized light or the like.
  • FIG. 3A shows a configuration diagram of the transmission / reception apparatus according to the present embodiment.
  • the transmission / reception device 500 includes an optical transmission unit 600, an optical antenna unit 700, and an optical reception unit 800.
  • the optical transmitter 600 generates transmission light such as a control signal to be transmitted to the counterpart station, modulates the generated transmission light with an arbitrary clock frequency, and converts the transmission light in a polarization state that is alternately orthogonal in time. Output.
  • the optical transmission unit 600 includes an optical transmitter 610, a polarization modulator 620, a clock circuit 630, a clock phase control circuit 640, and a polarization multiplexing / demultiplexing circuit 650.
  • the optical transmitter 610 converts transmission information such as a control signal transmitted to the counterpart station into an optical signal and outputs the optical signal to the polarization modulator 620.
  • the polarization modulator 620 modulates the optical signal input from the optical transmitter 610 into an optical signal in which orthogonal polarization states are alternately repeated in time based on the clock signal input from the clock circuit 630. Output to the wave multiplexing / demultiplexing circuit 650.
  • the clock circuit 630 generates a clock signal that is modulated at an arbitrary clock frequency and outputs the clock signal to the polarization modulator 620 and the clock phase control circuit 640.
  • the clock phase control circuit 640 controls the phase of the clock circuit 630 and controls the angle detectors 841 and 842 of the optical receiver 800 based on the clock signal input from the clock circuit 630.
  • the polarization multiplexing / demultiplexing circuit 650 separates the temporally alternately modulated optical signals input from the polarization modulator 620 according to the polarization state, and combines / demultiplexes the optical circuits 711 and 712 of the optical antenna unit 700. To each output.
  • the optical antenna unit 700 radiates the optical signal input from the optical transmission unit 600 to the free space as transmission light, captures and tracks the signal light incident from the counterpart station, and secures an optical link path.
  • the optical antenna unit 700 according to this embodiment includes multiplexing / demultiplexing optical circuits 711 and 712 and an input / output port 720.
  • the multiplexing / demultiplexing optical circuits 711 and 712 multiplex / demultiplex the transmission light and the beam of the reception light from the other station on the same axis.
  • the multiplexing / demultiplexing optical circuits 711 and 712 for example, an optical circulator, an optical coupler, or a transflective mirror can be applied.
  • FIG. 3B A block diagram of the input / output port 720 is shown in FIG. 3B.
  • the input / output port 720 includes a polarization multiplexing / demultiplexing circuit 721, an acquisition tracking control mirror 722, a ⁇ / 4 wavelength plate 723, an optical telescope 724, and a gimbal 725.
  • the polarization multiplexing / demultiplexing circuit 721 separates the input signal into transmission light and reception light based on the polarization state.
  • the separated transmitted light is guided to the acquisition and tracking control mirror 722 side, and the separated received light is guided to the multiplexing / demultiplexing optical circuit 711 side or the multiplexing / demultiplexing optical circuit 712 side according to the polarization state.
  • the capture tracking control mirror 722 controls the optical axis direction of the transmission light and the reception light.
  • the ⁇ / 4 wavelength plate 723 converts a linearly polarized beam into circularly polarized light and converts circularly polarized light into linearly polarized light.
  • the optical telescope 724 ensures an antenna gain in transmission / reception.
  • the gimbal 725 controls the radiation direction of the transmission / reception beam.
  • the optical receiver 800 has a function of processing signal light incident from the counterpart station and a function of capturing and tracking signal light incident from the counterpart station.
  • the optical receiver 800 according to this embodiment includes two demultiplexers 811 and 812, four optical filters 821, 822, 831, 832, two angle detectors 841 and 842, a polarization multiplexing / demultiplexing circuit 850, and a digital A coherent receiver 860 and a control circuit 870 are provided.
  • Each of the demultiplexers 811 and 812 branches the received light output from the multiplexing / demultiplexing optical circuits 711 and 712 of the optical antenna unit 700 into two, and the optical filter 821, the optical filter 831, the optical filter 822, and the optical filter 832. Output to.
  • Each of the optical filters 821, 822, 831, and 832 separates the received light and the leaked light component of the transmitted light based on the wavelength, and outputs the received light from which the leaked light component of the transmitted light is removed.
  • the reception light from which the leakage light component of the transmission light is removed by the optical filters 821 and 822 is output to the angle detectors 841 and 842, and the reception light from which the leakage light component of the transmission light is removed by the optical filters 831 and 832 is polarized.
  • the signal is output to the multiplexing / demultiplexing circuit 850.
  • Each of the angle detectors 841 and 842 detects the incident angle of the input received light based on the control signal input from the clock phase control circuit 640, and captures and tracks the counterpart station (optical axis angle information). ) And output to the control circuit 870.
  • the functions of the angle detectors 841 and 842 will be described later.
  • the polarization multiplexing / demultiplexing circuit 850 multiplexes the two received lights demultiplexed by the demultiplexers 811 and 812 while maintaining the polarization state, and outputs the multiplexed light to the digital coherent receiver 860. That is, the polarization multiplexing / demultiplexing circuit 850 outputs a polarization multiplexing signal in which two polarization components having mutually orthogonal polarization states are combined in the orthogonal state.
  • the digital coherent receiver 860 demodulates the polarization multiplexed signal input from the polarization multiplexing / demultiplexing circuit 850, thereby digitally coherently receiving the signal light output from the partner station.
  • the control circuit 870 controls the capture and tracking control mirror 722 and the gimbal 725 of the optical antenna unit 700 based on the angle information of the optical axis output from the angle detectors 841 and 842.
  • the transmission / reception device 500 configured as described above operates as follows. First, when transmitting transmission information such as a control signal from the transmission / reception device 500 to the counterpart station, the optical transmitter 610 converts the transmission information to be transmitted to the counterpart station into an optical signal.
  • the converted transmission light is modulated by the polarization modulator 620 into transmission light in which the polarization states orthogonal to each other are temporally alternated based on the clock frequency input from the clock circuit 630, and polarization multiplexing / demultiplexing is performed. It is output to the circuit 650.
  • the clock frequency generated by the clock circuit 630 is sufficiently smaller than the data frequency of the transmission light, and the transmission light is modulated at a frequency of several Hz to several MHz.
  • the polarization-modulated transmission light output from the polarization modulator 620 is further separated into two single-polarization transmission lights having only one polarization component in the polarization multiplexing / demultiplexing circuit 650, and the optical antenna unit 700. Are output to the multiplexing / demultiplexing optical circuits 711 and 712, respectively.
  • transmission light having only one polarization component is input from the polarization multiplexing / demultiplexing circuit 650, and received light from the other station is input from the optical input port 720.
  • the multiplexing / demultiplexing optical circuits 711 and 712 set the traveling direction of the transmission light and the traveling direction of the reception light to be opposite to each other based on the polarization states of the input transmission light and reception light, The received light is guided to the demultiplexers 811 and 821 to the input port 720 side.
  • the two transmission lights guided to the optical input / output port 720 side are combined in the polarization multiplexing / demultiplexing circuit 721 with the polarization states being orthogonal to each other.
  • the combined transmitted light is further converted into a signal including two circularly polarized waves that are temporally alternated and rotated in opposite directions in the ⁇ / 4 wavelength plate 723, and is emitted to a free space toward the other station. That is, from the optical input / output port 720, a polarization multiplexed signal in which two polarization components orthogonal to each other are multiplexed is emitted toward the partner station.
  • the transmission / reception device 500 receives the received light emitted from the counterpart station
  • the received light emitted from the counterpart station enters the input / output port 720 of the optical antenna unit 700.
  • the signal light from the partner station is composed of signal light rotated by clockwise circularly polarized light and signal light rotated by counterclockwise circularly polarized light. That is, the signal light from the counterpart station includes signal light in two polarization states.
  • the received light incident on the input / output port 720 is converted from two circularly polarized received lights rotating in the opposite directions in the ⁇ / 4 wavelength plate 723 into two orthogonally polarized received lights.
  • the converted received light is further separated into two unipolar received lights in the polarization multiplexing / demultiplexing circuit 721 while maintaining an orthogonal relationship with each other.
  • the two received lights separated according to the polarization state are respectively guided to the demultiplexers 811 and 812 side of the optical receiving unit 800 by the multiplexing / demultiplexing optical circuits 711 and 712.
  • the received light input to the optical receiving unit 800 is branched into two in demultiplexers 811 and 812, respectively.
  • One of the branched received lights is output to the angle detectors 841 and 842 and used to generate a control signal for acquisition and tracking.
  • the other branched received light is multiplexed by the polarization multiplexing / demultiplexing circuit 850 and subjected to digital coherent processing by the digital coherent receiver 860.
  • the leakage component of the transmitted light can be electrically removed. That is, in general, in digital coherent reception, local light and signal light are mixed and coherently received, and then converted into a digital signal by an analog-digital electric circuit and subjected to demodulation signal processing. At this time, the electric signal after the coherent reception is a modulated signal having a local light wavelength and a signal light wavelength, that is, a carrier frequency band.
  • the modulation frequency increases as the frequency difference between the local light and the signal light carrier increases, and it is possible to utilize the fact that the band that can be received greatly exceeds and cannot be received (electrical filter effect).
  • the digital coherent receiver 860 by applying the above-described electrical filter effect using the difference in wavelength of noise components due to leakage of local light and transmission light, noise components due to leakage of transmission light can be removed with high accuracy. And stable reception can be realized.
  • the electrical filter effect is sufficient if the wavelength interval between transmitted and received transmitted light and received light is set to several nanometers to several tens of nanometers. Is desirable.
  • the angle detectors 841 and 842 are gate-controlled by the clock circuit phase control circuit 640 so as to remove the influence of noise components due to leakage of transmission light. Since the noise component due to leakage of transmitted light is intensity-modulated at an arbitrary clock frequency, the noise components due to leakage of transmitted light are removed by gate-controlling the angle detectors 841 and 842 at the timing when the intensity modulation is minimized. Thus, only the received light can be extracted.
  • a time waveform of the clock frequency generated by the clock circuit 630 is shown in (a), and a time waveform of the transmission light polarized by the polarization modulator 620 based on the clock frequency is shown in (b).
  • the transmission light is polarization-modulated into two polarization states orthogonal to each other based on the clock frequency.
  • one is a P wave and the other is an S wave.
  • (C) is a time waveform of the transmitted light of the P wave component after polarization separation leaking from the optical antenna unit 700 to the angle detector 841 side.
  • (D) is a time waveform of the received light incident on the angle detector 841 from the optical antenna unit 700 via the duplexer 811, and (e) is applied to the angle detector 841 from the clock phase control circuit 640.
  • a time waveform of the gate pulse, (f) is a time waveform of the control signal output from the angle detector 841 at that time.
  • the angle detector 841 inputs the transmitted light of the P wave component shown in (c) and the received light shown in (d) in a combined state.
  • the gate pulse shown in (e) is applied to the angle detector 841.
  • the transmission light of the P wave component shown in (c) and the gate pulse shown in (e) are opposite in phase. Therefore, by applying the gate pulse shown in (e) to the angle detector 841, the angle detector 841 is turned off at the timing when the P-wave component transmission light is input, and the transmission light is transmitted from the angle detector 841. Only the received light shown in (f) is output.
  • (g) is a time waveform of the transmitted light of the S wave component after polarization separation that leaks from the optical antenna unit 700 to the angle detector 842 side.
  • (H) is a time waveform of received light incident on the angle detector 842 from the optical antenna unit 700 via the branching filter 812, and (i) is applied from the clock phase control circuit 640 to the angle detector 842.
  • a time waveform of the gate pulse, (j), is a time waveform of the control signal output from the angle detector 842 at that time.
  • the angle detector 842 inputs the transmitted light of the S wave component shown in (g) and the received light shown in (h) in a combined state.
  • the gate pulse shown in (i) is applied to the angle detector 842.
  • the transmitted light of the S wave component shown in (g) and the gate pulse shown in (i) are opposite in phase. Therefore, by applying the gate pulse shown in (i) to the angle detector 842, the angle detector 842 is turned off at the timing when the transmission light of the S wave component is input, and the transmission light is transmitted from the angle detector 842. Only the received light shown in (j) that has been removed is output.
  • the control circuit 870 controls the capture and tracking control mirror 722 and the gimbal 725 of the optical antenna unit 700 by simultaneously using the received light input from the angle detectors 841 and 842. That is, the control circuit 870 detects a clock frequency component from the received light continuously output from the angle detectors 841 and 842, and serves as an acquisition tracking signal for establishing an optical link path between the partner station and the own station. Use.
  • the transmission / reception apparatus 500 transmits the angle detectors 841 and 842 from the angle detectors 841 and 842 by applying the gate pulse whose phase is opposite to that of the leaked light of the transmission light. It is possible to output received light that is shifted in time by a predetermined clock frequency from which light leakage light has been removed.
  • the transmission / reception device 500 includes two angle detectors 841 and 842 and a clock phase control circuit 640 that performs gate modulation on these at a predetermined clock frequency.
  • the clock phase control circuit 640 generates a gate pulse that minimizes the influence of the transmitted light due to stray light, and applies it to the angle detectors 841 and 842. Therefore, it is possible to eliminate stray light components in which part of the transmission light generated in the optical transmission unit 600 is affected by scattering and reflection and circulates in the same direction as the reception light incident from the counterpart station.
  • the stray light of the transmission light that is polarization-modulated at an arbitrary clock frequency and separated into two polarization components is received by the two angle detectors 841 and 842, which are alternately turned on and off, respectively. Therefore, the stray light component can be removed by turning off the angle detectors 841 and 842 at the timing when the transmission light is incident. On the other hand, by always turning on one of the angle detectors, the received light can be continuously detected, and an optical link path between the partner station and the own station can be established.
  • circularly polarized transmission light is radiated from the input / output port 720, but the present invention is not limited to this.
  • it can be emitted as linearly polarized light without being modulated into circularly polarized light as it is, or can be emitted after being modulated into elliptically polarized light or the like.
  • FIGS. 5 and 5B A system configuration diagram of the optical space communication system according to the present embodiment is shown in FIGS. 5 and 5B.
  • the optical space communication system 900B includes a first terminal station 100B and a second terminal station 500B.
  • FIG. 5A shows a state in which the transmission light beams 910B and 920B are propagating in free space when a large amount of information is transmitted from the first terminal station 100B to the second terminal station 500B.
  • FIG. 5B shows that the transmission light beam 930B is propagating in free space when relatively small capacity information such as a retransmittable control signal is transmitted from the second terminal station 500B to the first terminal station 100B. Represents the state.
  • the first terminal station 100B As the first terminal station 100B, the transmission / reception apparatus 100 of FIG. 2 described in the second embodiment can be applied.
  • the first terminal station 100B is a transmission / reception device that holds a large amount of information such as a ground observation satellite or an aircraft having image data such as ground observation.
  • the second terminal station 500B As the second terminal station 500B, the transmission / reception apparatus 500 of FIG. 3A described in the third embodiment can be applied.
  • the second terminal station 500B is a transmission / reception device that transmits / receives various information to / from the first terminal station 100B such as a ground station or a data relay satellite.
  • the first terminal station 100B includes two optical transmitters 210B and 220B, an optical antenna unit 300B, and a receiver 470B.
  • the receiver 470B is omitted, and in FIG. 5B, the two optical transmitters 210B and 220B are omitted.
  • the optical antenna unit 300B emits two transmission light beams 910B and 920B having different polarizations and polarization states having opposite rotations.
  • the optical antenna unit 300B includes two input / output ports 310B and 320B that acquire and track the transmission light beam 930B incident from the second terminal station 500B to secure an optical link path.
  • the second terminal station 500B includes an optical transmitter 610B, an optical antenna unit 700B, and a digital coherent receiver 860B.
  • the optical transmitter 610B is omitted
  • the digital coherent receiver 860B is omitted.
  • the optical antenna unit 700B radiates the transmission light beam 930B to free space.
  • the optical antenna unit 700B includes an input / output port 720B that secures an optical link path by capturing and tracking the transmission light beams 910B and 920B incident from the first terminal station 100B.
  • the first terminal station 100B radiates a transmission light beam 910B in a single polarization state from one optical antenna (input / output port 310B), and transmits the transmission light beam 910B from the other optical antenna (input / output port 320B).
  • the transmission light beam 920B having a single polarization state that is orthogonal to the polarization state of the light is emitted.
  • two circularly polarized lights whose polarization states are opposite to each other are applied as transmission light transmitted from the first terminal station 100B. That is, as shown in FIG. 5A, from the input / output ports 310B and 320B of the first terminal station 100B, a transmission light beam 910B including a clockwise circularly polarized transmission light 911B, a counterclockwise circularly polarized wave, respectively. A transmission light beam 920B including the transmission light 921B is emitted.
  • the transmission light beams 910B and 920B have different information.
  • the first terminal station 100B performs control so that the transmission light beams 910B and 920B overlap at the second terminal station 500B.
  • the transmission light beams 910B and 920B in the polarization state orthogonal to each other emitted from the first terminal station 100B have a beam diameter that increases as they propagate through the space, and the second end while maintaining the orthogonality of the polarization state.
  • the optical antenna 700B of the second terminal station 500B receives the signal light that overlaps in the polarization direction as the first. The same result as that transmitted from the terminal station 100B can be obtained.
  • the second terminal station 500B receives single polarized signals (transmission light beams 910B and 920B) transmitted from the first terminal station 100B and orthogonal to each other.
  • the second terminal station 500B separates the received single polarization signals orthogonal to each other from the transmission light beam 930B based on the polarization state using a polarization multiplexing / demultiplexing circuit (not shown). Further, the second terminal station 500B performs polarization multiplexing again on the two transmission light beams 910B and 920B from which the transmission light beam 930B has been removed based on the polarization state. Thereafter, the second terminal station 500B performs digital coherent processing on the transmission light beams 910B and 920B in the digital coherent receiver 860B.
  • the second terminal station 500B emits a transmission light beam 930B that is alternately clock-modulated in the polarization directions whose envelopes are orthogonal to each other.
  • the second terminal station 500B clock-modulates the transmission light beam 930B in the polarization direction by clock-modulating the transmission light having data based on a reference clock signal in a polarization modulator (not shown) or the like.
  • the second terminal station 500B separates the transmission light beam 930B subjected to clock polarization modulation into two single-polarized signal lights based on the polarization state using a polarization multiplexing / demultiplexing circuit (not shown).
  • the separated single-polarized transmission lights are separated from the transmission light beams 910B and 920B incident from the first terminal station 100B based on the polarization state, guided to the optical antenna 700B side, and again polarized. It is emitted after being combined in the direction.
  • the transmitted light beam 930B is emitted into free space.
  • the transmitted light beam 930B emitted from the second terminal station 500B reaches the first terminal station 100B with a spread due to light diffraction, and input / output ports 310B and 320B provided in the first terminal station 100B. Incident on both.
  • the transmission light beam 930B incident on the input / output ports 310B and 320B is combined and processed in the receiver 470B.
  • the transmission light beam 930B incident on the first terminal station 100B from the second terminal station 500B is simultaneously incident on the two input / output ports 310B and 320B of the optical antenna 300B, and the input / output ports 310B and 320B are illustrated.
  • separation is performed based on the polarization state.
  • the two signal lights separated based on the polarization state are used for the construction of an optical link by an angle detector (not shown), and the clock component is extracted by using the envelope waveform of the separated optical signal.
  • the transmission capacity per single wavelength can be increased.
  • two transmission lights can be multiplexed in the polarization direction by using the beam spread caused by optical spatial propagation for the transmission lights that are orthogonal to each other.
  • an optical space communication system based on polarization multiplexing such as a digital coherent transmitter / receiver 860B can be effectively used.
  • the reason is that signals modulated with polarizations orthogonal to each other can be transmitted and received simultaneously.
  • two transmitters or two receivers are provided as separate circuits for ease of explanation, and each transmitter and receiver generates or receives an optical signal having one polarization state.
  • the present invention is not limited to this.
  • two transmitters have the same function as one transmitter that generates a polarization multiplexed optical signal, and two receivers receive one polarization multiplexed optical signal.
  • the above-described embodiments can be applied to various communication systems in general, including a polarization-multiplexed digital coherent transmission / reception system.
  • Optical space transmission system 20 1st transmitter / receiver 21 1st transmitter 22 2nd transmitter 23 1st polarization multiplexing / demultiplexing circuit 24 2nd polarization multiplexing / demultiplexing circuit 25 Antenna part 26 Receiver 30 2nd transmission / reception Device 31 Transmitter 32 Modulator 33 Polarization demultiplexing circuit 34 Polarization multiplexing / demultiplexing circuit 35 First multiplexing / demultiplexing circuit 36 Second multiplexing / demultiplexing circuit 37 Antenna unit 38 Receiver 90 Optical space communication device 91 Optical transmitter 92 Optical receiver 93 Beam splitter 94 Optical monitor 95 Collimator lens 96 ⁇ / 4 plate 97 Secondary mirror 98 Primary mirror 100 Transmitter / receiver 210/220 Optical transmitter 300 Optical antenna section 310/320 Input / output ports 311/321 Polarization multiplexing / demultiplexing Circuits 312 and 322 Capture and tracking

Abstract

　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。

Description

送受信装置、光空間伝送システムおよび送受信方法
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
特開２０００－２１６４６２号公報
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。
（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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　（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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　（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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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）。
　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。
　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。
　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。
　（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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　（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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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

Claims (10)

  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。
  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。
  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。
  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。
  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。
  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。
  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。
  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。
  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。
  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。
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