特許 6528049 光通信システム及び光受信装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6528049

(24)【登録日】2019年5月24日

(45)【発行日】2019年6月12日

(54)【発明の名称】光通信システム及び光受信装置

(51)【国際特許分類】

   H04B 10/118 20130101AFI20190531BHJP

【ＦＩ】

   H04B10/118

【請求項の数】16

【全頁数】21

(21)【出願番号】特願2015-79362(P2015-79362)

(22)【出願日】2015年4月8日

(65)【公開番号】特開2016-201630(P2016-201630A)

(43)【公開日】2016年12月1日

【審査請求日】2018年3月29日

(73)【特許権者】

【識別番号】503361400

【氏名又は名称】国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構

(74)【代理人】

【識別番号】100092093

【弁理士】

【氏名又は名称】辻居 幸一

(74)【代理人】

【識別番号】100082005

【弁理士】

【氏名又は名称】熊倉 禎男

(74)【代理人】

【識別番号】100067013

【弁理士】

【氏名又は名称】大塚 文昭

(74)【代理人】

【識別番号】100086771

【弁理士】

【氏名又は名称】西島 孝喜

(74)【代理人】

【識別番号】100109070

【弁理士】

【氏名又は名称】須田 洋之

(74)【代理人】

【識別番号】100109335

【弁理士】

【氏名又は名称】上杉 浩

(74)【代理人】

【識別番号】100120525

【弁理士】

【氏名又は名称】近藤 直樹

(72)【発明者】

【氏名】荒木 智宏

【審査官】 浦口 幸宏

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０１−１７０１３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−２３７６２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００９−５０４０９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第７６６８４６８（ＵＳ，Ｂ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０４Ｂ １０／００−１０／９０

Ｈ０４Ｊ １４／００−１４／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

光送信装置と光受信装置との間で送受信される光によって光通信並びに互いの捕捉追尾を行うとともに、前記光通信として、光の強度が第１の強度、光の波長が第１の波長、光を変調して通信する速度が第１の通信速度である第１の通信モードと、光の強度が前記第１の強度より小さい第２の強度、光の波長が前記第１の波長と異なる第２の波長、光を変調して通信する速度が前記第１の通信速度より遅い第２の通信速度である第２の通信モードとをサポートする光通信システムであって、
前記光受信装置は、
前記光送信装置から送出された光を受信する光アンテナと、
捕捉追尾センサと、
前記第１及び第２の通信モードに対応する復調部と、
前記光アンテナから光を受け、これを分割して前記捕捉追尾センサ及び前記復調部それぞれに入射させる光分割部と、
を備え、
前記光分割部は、前記第１の通信モードから前記第２の通信モードになるときの前記復調部へ配分される光強度の減り方の割合が、前記第１の通信モードから前記第２の通信モードになるときの前記捕捉追尾センサへ配分される光強度の減り方（減り方がゼロの場合を含む）の割合よりも大きくなるように、前記光を分割する、
ことを特徴とする光通信システム。

【請求項2】

前記復調部は、前記第１の通信モードに対応する第１の復調機と、前記第２の通信モードに対応する第２の復調機からなり、
前記光分割部は、第１のビームスプリッタと、第２のビームスプリッタからなり、前記第１のビームスプリッタは、前記光アンテナから光を受け、これを反射又は透過した光を前記捕捉追尾センサに導き、
前記第２のビームスプリッタは、前記捕捉追尾センサに向かう光と異なる光（前記捕捉追尾センサに向かう光が前記第１のビームスプリッタで反射された光の場合は前記第１のビームスプリッタを透過した光、前記捕捉追尾センサに向かう光が前記第１のビームスプリッタを透過した光の場合は前記第１のビームスプリッタから反射された光）を受け、前記第１の通信モードのときは前記第１の波長の光のほとんどを前記第１の復調機へ導き、前記第２の通信モードのときは前記第２の波長の光のほとんどを前記第２の復調機へ導くように、前記第１及び第２の波長の光に対する透過率及び反射率が異なるように形成されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の光通信システム。

【請求項3】

前記光分割部は、反射率及び透過率が異なる第１及び第２の領域を有するビームスプリッタと、前記光アンテナからの光を前記第１又は第２の領域のいずれかで受けることができるように前記ビームスプリッタを移動させるビームスプリッタ移動手段とを備え、
前記復調部及び捕捉追尾センサは、前記ビームスプリッタからの反射光又は透過光が入射されるよう配置され、
前記ビームスプリッタの前記第１の領域は、前記第１の波長の光に対して前記復調部へ配分される光が前記捕捉追尾センサへ配分される光よりも光強度が高くなるように前記第１の波長の光を反射及び透過し、前記第２の領域は、前記第２の波長の光に対して前記復調部へ配分される光が前記捕捉追尾センサへ配分される光よりも光強度が低くなるように前記第２の波長の光を反射及び透過し、
前記ビームスプリッタ移動手段は、前記第１の通信モードのときは、光が前記第１の領域に入射する位置に前記ビームスプリッタを移動させ、前記第２の通信モードのときは、光が前記第２の領域に入射する位置に前記ビームスプリッタを移動させ、
前記復調部は、前記第１及び第２の通信モードの前記第１及び第２の波長にそれぞれ対応したものである、
ことを特徴とする請求項１に記載の光通信システム。

【請求項4】

前記光通信はＤＤ−ＰＳＫ方式で行われ、前記復調部は、光電変換部と、入射した光を前記光電変換部へ導く遅延時間の異なる複数の導光媒体と、受信された光を前記複数の導光媒体のいずれに入射するかを切り替える光スイッチとを含むことを特徴とする請求項３に記載の光通信システム。

【請求項5】

前記光分割部は、反射率及び透過率が異なる第１及び第２の領域を有するビームスプリッタと、前記光アンテナからの光を前記第１又は第２の領域のいずれかで受けることができるように前記ビームスプリッタに入射する光の光路を変更する光路移動手段とを備え、 前記復調部及び捕捉追尾センサは、前記ビームスプリッタからの反射光又は透過光が入射されるよう配置され、
前記ビームスプリッタの前記第１の領域は、前記第１の波長の光に対して前記復調部へ配分される光が前記捕捉追尾センサへ配分される光よりも光強度が高くなるように前記第１の波長の光を反射及び透過し、前記第２の領域は、前記第２の波長の光に対して前記復調部へ配分される光が前記捕捉追尾センサへ配分される光よりも光強度が低くなるように前記第２の波長の光を反射及び透過し、
前記光路移動手段は、前記第１の通信モードのときは、光が前記第１の領域に入射するように光路を移動させ、前記第２の通信モードのときは、光が前記第２の領域に入射するように光路を移動させ、
前記復調部は、前記第１及び第２の通信モードの前記第１及び第２の波長にそれぞれ対応したものである、
ことを特徴とする請求項１に記載の光通信システム。

【請求項6】

光送信装置と光受信装置との間で送受信される光によって光通信並びに互いの捕捉追尾を行うとともに、前記光送信装置から送出される光の強度がＰ１、前記光の波長がλ１、前記光を変調してデータを送信する送信速度がＲ１である第１の通信モードと、前記光送信装置から送出される光の強度がＰ２（Ｐ１＞Ｐ２）、前記光の波長がλ２（λ１とは異なる）、前記光を変調してデータを送信する送信速度がＲ２（Ｒ１＞Ｒ２）である第２の通信モードと、・・・前記光送信装置から送出される光の強度がＰｎ（Ｐｎ−１＞Ｐｎ）、前記光の波長がλｎ（λ１、λ２、・・・λｎ−１とは異なる）、前記光を変調してデータを送信する送信速度がＲｎ（Ｒｎ−１＞Ｒｎ）である第ｎの通信モードというｎ個の通信モードをサポートする光通信システムであって、
前記光受信装置は、
前記光送信装置から送出された光を受信する光アンテナと、
捕捉追尾センサと、
前記第１乃至第ｎの通信モードに対応する第１乃至第ｎの復調部と、
前記光アンテナから光を受け、これを分割して前記捕捉追尾センサ及び前記第１乃至第ｎの復調部のいずれかに入射させる第１乃至第ｎのビームスプリッタと、
を備え、
第ｎのビームスプリッタは前記光アンテナから光を受け、強度Ｐ_i（ｉ＝１、・・・、ｎ）の光のうちＰＳ_iだけ反射し、ＰＤ_iだけ透過し、第ｎのビームスプリッタの波長λ_iに対する反射率がそれぞれほぼＰＳ_i／（ＰＳ_i＋ＰＤ_i）となり、かつ、ＰＳ_iが次数ｉによらずほぼ一定となるように第ｎのビームスプリッタと波長λ_iを設定し、かつ、第ｎのビームスプリッタは反射した光を前記捕捉追尾センサに入射させ、そして、各波長に対応する第ｊ＋１（ｊ＝１、・・・、ｎ−１）の復調機に通信（復調）光を導くための第ｊのビームスプリッタは、波長λ_j+1の光をほぼ全反射し、それより速い通信速度に使用する波長の光をほぼ全透過するように設定し、第ｊ（ｊ＝１、・・・、ｎ−1）のビームスプリッタは、それぞれ、第ｊ＋1のビームスプリッタから透過された光を受け、自身が透過した光を第ｊ−1のビームスプリッタ（但し、ｊ＝1の場合は、第１の復調部）に入射させて、ｎ種類の波長を用いた光通信を可能とし、かつ、通信速度が遅い通信モードほど消費電力を段階的に小さくすることを特徴とする光通信システム。

【請求項7】

前記光送信装置及び光受信装置は、それぞれ異なる衛星に搭載されるものであり、前記光通信は衛星間光通信であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の光通信システム。

【請求項8】

前記光はレーザ光であることを特徴とする、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の光通信システム。

【請求項9】

光送信装置との間で送受信される光によって光通信並びに互いの捕捉追尾を行うとともに、前記光通信として、光の強度が第１の強度、光の波長が第１の波長、前記光を変調して通信する速度が第１の通信速度である第１の通信モードと、光の強度が前記第１の強度より小さい第２の強度、光の波長が前記第１の波長と異なる第２の波長、前記光を変調して通信する速度が前記第１の通信速度より遅い第２の通信速度である第２の通信モードとをサポートする光受信装置であって、
前記光送信装置から送出された光を受信する光アンテナと、
捕捉追尾センサと、
前記第１及び第２の通信モードに対応する復調部と、
前記光アンテナから光を受け、これを分割して前記復調部及び前記捕捉追尾センサそれぞれに入射させる光分割部と、
を備え、
前記光分割部は、前記第１の通信モードから前記第２の通信モードになるときの前記復調部へ配分される光強度の減り方の割合が、前記第１の通信モードから前記第２の通信モードになるときの前記捕捉追尾センサへ配分される光強度の減り方（減り方がゼロの場合を含む）の割合よりも大きくなるように、前記光を分割する、
ことを特徴とする光受信装置。

【請求項10】

前記復調部は、前記第１の通信モードに対応する第１の復調機と、前記第２の通信モードに対応する第２の復調機からなり、
前記光分割部は、第１のビームスプリッタと、第２のビームスプリッタからなり、前記第１のビームスプリッタは、前記光アンテナから光を受け、これを反射又は透過した光を前記捕捉追尾センサに導き、
前記第２のビームスプリッタは、前記捕捉追尾センサに向かう光と異なる光（前記捕捉追尾センサに向かう光が前記第１のビームスプリッタで反射された光の場合は前記第１のビームスプリッタを透過した光、前記捕捉追尾センサに向かう光が前記第１のビームスプリッタを透過した光の場合は前記第１のビームスプリッタから反射された光）を受け、前記第１の通信モードのときは前記第１の波長の光のほとんどを前記第１の復調機へ導き、前記第２の通信モードのときは前記第２の波長の光のほとんどを前記第２の復調機へ導くように、前記第１及び第２の波長の光に対する透過率及び反射率が異なるように形成されている、
ことを特徴とする請求項９に記載の光受信装置。

【請求項11】

前記光分割部は、反射率及び透過率が異なる第１及び第２の領域を有するビームスプリッタと、前記光アンテナからの光を前記第１又は第２の領域のいずれかで受けることができるように前記ビームスプリッタを移動させるビームスプリッタ移動手段とを備え、
前記復調部及び捕捉追尾センサは、前記ビームスプリッタからの反射光又は透過光が入射されるよう配置され、
前記ビームスプリッタの前記第１の領域は、前記第１の波長の光に対して前記復調部へ配分される光が前記捕捉追尾センサへ配分される光よりも光強度が高くなるように前記第１の波長の光を反射及び透過し、前記第２の領域は、前記第２の波長の光に対して前記復調部へ配分される光が前記捕捉追尾センサへ配分される光よりも光強度が低くなるように前記第２の波長の光を反射及び透過し、
前記ビームスプリッタ移動手段は、前記第１の通信モードのときは、光が前記第１の領域に入射する位置に前記ビームスプリッタを移動させ、前記第２の通信モードのときは、光が前記第２の領域に入射する位置に前記ビームスプリッタを移動させ、
前記復調部は、前記第１及び第２の通信モードの前記第１及び第２の波長にそれぞれ対応したものである、
ことを特徴とする請求項９に記載の光受信装置。

【請求項12】

前記光通信はＤＤ−ＰＳＫ方式で行われ、前記復調部は、光電変換部と、入射した光を前記光電変換部へ導く遅延時間の異なる複数の導光媒体と、受信された光を前記複数の導光媒体のいずれに入射するかを切り替える光スイッチとを含むことを特徴とする請求項１１に記載の光受信装置。

【請求項13】

前記光分割部は、反射率及び透過率が異なる第１及び第２の領域を有するビームスプリッタと、前記光アンテナからの光を前記第１又は第２の領域のいずれかで受けることができるように前記ビームスプリッタに入射する光の光路を変更する光路移動手段とを備え、 前記復調部及び捕捉追尾センサは、前記ビームスプリッタからの反射光又は透過光が入射されるよう配置され、
前記ビームスプリッタの前記第１の領域は、前記第１の波長の光に対して前記復調部へ配分される光が前記捕捉追尾センサへ配分される光よりも光強度が高くなるように前記第１の波長の光を反射及び透過し、前記第２の領域は、前記第２の波長の光に対して前記復調部へ配分される光が前記捕捉追尾センサへ配分される光よりも光強度が低くなるように前記第２の波長の光を反射及び透過し、
前記光路移動手段は、前記第１の通信モードのときは、光が前記第１の領域に入射するように光路を移動させ、前記第２の通信モードのときは、光が前記第２の領域に入射するように光路を移動させ、
前記復調部は、前記第１及び第２の通信モードの前記第１及び第２の波長にそれぞれ対応したものである、
ことを特徴とする請求項９に記載の光受信装置。

【請求項14】

光送信装置との間で送受信される光によって光通信並びに互いの捕捉追尾を行うとともに、前記光送信装置から送出される光の強度がＰ１、前記光の波長がλ１、前記光を変調してデータを送信する送信速度がＲ１である第１の通信モードと、前記光送信装置から送出される光の強度がＰ２（Ｐ１＞Ｐ２）、前記光の波長がλ２（λ１とは異なる）、前記光を変調してデータを送信する送信速度がＲ２（Ｒ１＞Ｒ２）である第２の通信モードと、・・・前記光送信装置から送出される光の強度がＰｎ（Ｐｎ−１＞Ｐｎ）、前記光の波長がλｎ（λ１、λ２、・・・λｎ−１とは異なる）、前記光を変調してデータを送信する送信速度がＲｎ（Ｒｎ−１＞Ｒｎ）である第ｎの通信モードというｎ個の通信モードをサポートする光受信装置であって、
前記光送信装置から送出された光を受信する光アンテナと、
捕捉追尾センサと、
前記第１乃至第ｎの通信モードに対応する第１乃至第ｎの復調部と、
前記光アンテナから光を受け、これを分割して前記捕捉追尾センサ及び前記第１乃至第ｎの復調部のいずれかに入射させる第１乃至第ｎのビームスプリッタと、
を備え、
第ｎのビームスプリッタは前記光アンテナから光を受け、強度Ｐ_i（ｉ＝１、・・・、ｎ）の光のうちＰＳ_iだけ反射し、ＰＤ_iだけ透過し、第ｎのビームスプリッタの波長λ_iに対する反射率がそれぞれほぼＰＳ_i／（ＰＳ_i＋ＰＤ_i）となり、かつ、ＰＳ_iが次数ｉによらずほぼ一定となるように第ｎのビームスプリッタと波長λ_iを設定し、かつ、第ｎのビームスプリッタは反射した光を前記捕捉追尾センサに入射させ、そして、各波長に対応する第ｊ＋１（ｊ＝１、・・・、ｎ−１）の復調機に通信（復調）光を導くための第ｊのビームスプリッタは、波長λ_j+1の光をほぼ全反射し、それより速い通信速度に使用する波長の光をほぼ全透過するように設定し、第ｊ（ｊ＝１、・・・、ｎ−1）のビームスプリッタは、それぞれ、第ｊ＋1のビームスプリッタから透過された光を受け、自身が透過した光を第ｊ−1のビームスプリッタ（但し、ｊ＝1の場合は、第１の復調部）に入射させて、ｎ種類の波長を用いた光通信を可能とし、かつ、通信速度が遅い通信モードほど消費電力を段階的に小さくすることを特徴とする光受信装置。

【請求項15】

前記光送信装置及び光受信装置は、それぞれ異なる衛星に搭載されるものであり、前記光通信は衛星間光通信であることを特徴とする請求項９乃至１４のいずれか一項に記載の光受信装置。

【請求項16】

前記光はレーザ光であることを特徴とする、請求項９乃至１５のいずれか一項に記載の光受信装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光通信システム及び光受信装置、特に、衛星間での通信に好適に利用される光通信システム及び光受信装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

図１は、静止軌道にある静止衛星と、より低軌道にあるユーザ衛星との間の光衛星間通信システムを説明する図である。同図に示すように、ユーザ衛星１１（例えば、低軌道の大型地球観測衛星）又はユーザ衛星１２（例えば、低軌道の小型地球観測衛星）から静止衛星１０へは、レーザ光でデータを伝送し、静止衛星１０から地上局１３へは、電波もしくはレーザ光でデータを伝送するシステムである。この例では、静止衛星１０とユーザ衛星１１との間の通信速度は２．５Ｇｂｐｓであり、静止衛星１０とユーザ衛星１２との間の通信速度は１００Ｍｂｐｓである。静止衛星１０は、複数の低軌道衛星１１、１２、・・・を時分割でサポートする。

【0003】

レーザ光は電波と比較して直進性が高く、ユーザ衛星と静止衛星が正確に向かい合ってレーザ光を送受信する必要があることから、光衛星間通信では、レーザ光をデータ伝送のみならず、相手の衛星の捕捉追尾にも使用する。そのために静止衛星では、図２に示すように、受信した１つのレーザ光を通信装置内で２つに分割し、その通信相手の方向を検知するための捕捉追尾用センサと、復調機とに分配している。静止衛星には、相手の衛星を捕捉及び追尾するために、粗捕捉追尾機構（ＣＰＭ）２６と精捕捉追尾機構（ＦＰＭ）２１が設けられている。ＣＰＭ２６は、衛星又は衛星に設けられたアンテナ全体の指向方向を変え、ＦＰＭ２１は、受信したレーザ光の方向を微小に調整する。

【0004】

光アンテナ２０によって受信された受信光は、ＦＰＭ２１に設けられたミラー２２によって反射され、ビームスプリッタ（ＢＳ）２３で２つに分割されて、一方は捕捉追尾センサ２４に、他方は復調機２５に送られる。受信された光は、捕捉追尾センサ２４と復調機２５に対し、一例として１：１０の割合で分配される。

【0005】

光衛星間通信システムでは、制御の難しい局発光源が不要で、かつ小型化が容易な差動位相キーイング−直接検出（ＤＤ−ＤＰＳＫ）変復調方式を使用している。この方式は、図３に示すように、送信側のレーザダイオード（ＬＤ）３０により発せられた光が光変調器３１において送信データ（電気信号）によって変調され、光増幅器３２で増幅され、光ファイバ３３及び内部光学系３４を通され、光アンテナ３５によって宇宙空間へ送出される。宇宙空間を伝搬した光は受信側の光アンテナ２０によって受信され、内部光学系３６及び光ファイバ２９を通って復調機２５へ送られる。復調機２５では、低雑音増幅器３７によって増幅され、遅延線３８を通った後、フォトダイオード３９によって光電変換されて、受信データ（電気信号）が取り出される。

【0006】

しかし、ＤＤ−ＤＰＳＫ方式は、１ビットの長さが遅延線の長さで決まってしまうため、通信速度（データレート）を変えることが困難であるという問題がある。そこで、図４に示すように、送信側であるユーザ衛星でレーザ光に変調を掛けて送出する期間とレーザ光を送出しない期間とを交互に設け、その比率を帰ることで通信速度を変えている。一方、光強度の平均は、（ａ）に示したフルレートの場合の光強度を１（単位は任意。以下同様）とすると、（ｂ）のように、ハーフ（２分の１）レートの場合にはオンの期間の光強度を２とすれば光強度の平均値は１となり、（ｃ）のようにクォータ（４分の１）レートの場合にはオンの期間の光強度を４とすれば光強度の平均値は１となり、通信速度の場合も同じ（平均）光強度とすることができる。

【0007】

光衛星間通信を利用するユーザの中には、例えば２．５Ｇｂｐｓという高速の通信速度を要求する代わりに消費電力が多いことを許容するユーザ（大型地球観測衛星、低軌道衛星）が存在する一方で、極力低消費電力を要求する代わりに、例えば１００Ｍｂｐｓといった比較的低速の通信速度でもよいというユーザ（小型の地球観測衛星、低軌道衛星）も存在する。静止衛星側は、１台の光通信装置で両方のユーザ衛星と通信する必要があり、静止衛星の受信装置は桁違いに異なる２つ以上の通信速度に対応しなければならない。

【0008】

図２に示したビームスプリッタ（ＢＳ）２３は、１つの波長に対してのみ透過／反射比率が設計されており、捕捉追尾センサ２４に分配するレーザの強度と、復調機２５に分配するレーザ光の強度を変更することはできない。このため、図４に示すように、間欠的な変調・レーザ光送信を行うことで、最高速度の２分の１、４分の１、８分の１、２４分の１等の通信速度を実現している。このとき、ユーザ衛星側からレーザ光が送信されない期間が周期的に挟まれるので、そのままでは受信されるレーザ光の平均強度が２分の１、４分の１、８分の１、２４分の１等になってしまい、捕捉追尾用センサが機能しなくなる。そこで、図４に示すように、ユーザ衛星から、２倍、４倍、８倍、２４倍等の強度でレーザ光を送信して、通信速度に依らずに捕捉追尾用センサ配分されるレーザ光の平均強度が同じになるようにする方法が採られている。

【0009】

図５は、この状況を模式的に示している。すなわち、通信速度が遅い１００Ｍｂｐｓの場合であっても、通信相手方を捕捉追尾するために十分な光強度（図中斜線を引いた部分）が必要となるため、全体として必要な光強度は、通信速度が２．５Ｇｂｐｓのときと同じになり、通信速度を下げても消費電力を低減できない。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0010】

【非特許文献1】A Consolidated Multi-rate Burst-Mode DPSK Transmitter Using a Single Mach-Zehnder Modulator" Optical Fiber Communication Conference and Exposition (OPC/NFOEC), 2011 and the National Fiber Optic Engineers Conference (OSA/OFC/NFOEC 2011), 6-10 March, OWX3

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0011】

従来の光衛星間通信では、通信速度を低速にするほどユーザ衛星が送信するレーザ光の強度を強くしなければならないことにより、低速の通信速度と引き換えにユーザ衛星が期待する低消費電力化を実現することができない。本発明は、かかる問題点を解決し、通信速度が速いが消費電力が大きい通信モードと、通信速度は遅いが消費電力も小さくできる通信モードのいずれをも利用可能とする光通信システム及び光受信装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0012】

上記の課題を解決するために、本発明の光通信システムは、
光送信装置と光受信装置との間で送受信される光によって光通信並びに互いの捕捉追尾を行うとともに、前記光通信として、光の強度が第１の強度、光の波長が第１の波長、前記光を変調して通信する速度が第１の通信速度である第１の通信モードと、光の強度が前記第１の強度より小さい第２の強度、光の波長が前記第１の波長と異なる第２の波長、前記光を変調して通信する速度が前記第１の速度より遅い第２の通信速度である第２の通信モードとをサポートする光通信システムであって、
前記光受信装置は、
前記光送信装置から送出された光を受信する光アンテナと、
捕捉追尾センサと、
前記第１及び第２の通信モードに対応する復調部と、
前記光アンテナから光を受け、これを分割して前記捕捉追尾センサ及び前記復調部それぞれに入射させる光分割部と、
を備え、
前記光分割部は、第１の通信モードから第２の通信モードになるときの前記復調部へ配分される光強度の減り方の割合が、第１の通信モードから第２の通信モードになるときの前記捕捉追尾センサへ配分される光強度の減り方（減り方がゼロの場合を含む）の割合よりも大きくなるように、前記光を分割する、
ことを特徴とする。

【0013】

前記復調部は、第１の通信モードに対応する第１の復調機と、第２の通信モードに対応する第２の復調機からなり、
前記光分割部は、第１のビームスプリッタと、第２のビームスプリッタからなり、前記第１のビームスプリッタは、前記光アンテナから光を受け、これを反射又は透過した光を前記捕捉追尾センサに導き、
前記第２のビームスプリッタは、前記捕捉追尾センサに向かう光と異なる光（捕捉追尾センサに向かう光が第１のビームスプリッタで反射された光の場合は第１のビームスプリッタを透過した光、捕捉追尾センサに向かう光が第１のビームスプリッタを透過した光の場合は第１のビームスプリッタから反射された光）を受け、第１の通信モードのときは第１の波長の光のほとんどを第１の復調機へ導き、第２の通信モードのときは第２の波長の光のほとんどを第２の復調機へ導くように、第１及び第２の波長の光に対する透過率及び反射率が異なるように形成することができる。

【0014】

前記光分割部は、反射率及び透過率が異なる第１及び第２の領域を有するビームスプリッタと、前記光アンテナからの光を前記第１又は第２の領域のいずれかで受けることができるように前記ビームスプリッタを移動させるビームスプリッタ移動手段とを備え、
前記復調部及び捕捉追尾センサは、前記ビームスプリッタからの反射光又は透過光が入射されるよう配置され、
前記ビームスプリッタの前記第１の領域は、第１の波長の光に対して前記復調部へ配分される光が前記捕捉追尾センサへ配分される光よりも光強度が高くなるように第１の波長の光を反射及び透過し、前記第２の領域は、第２の波長の光に対して前記復調部へ配分される光が前記捕捉追尾センサへ配分される光よりも光強度が低くなるように第２の波長の光を反射及び透過し、
前記ビームスプリッタ移動手段は、第１の通信モードのときは、光が前記第１の領域に入射する位置に前記ビームスプリッタを移動させ、第２の通信モードのときは、光が第２の領域に入射する位置に前記ビームスプリッタを移動させ、
前記復調部は、第１及び第２の通信モードの第１及び第２の波長にそれぞれ対応したものとすることができる。

【0015】

前記光通信はＤＤ−ＰＳＫ方式で行われ、前記復調部は、光電変換部と、入射した光を前記光電変換部へ導く遅延時間の異なる複数の導光媒体と、受信された光を前記複数の導光媒体これら複数の導光媒体のいずれに入射するかを切り替え光スイッチとを含むものとすることができる。

【0016】

前記光分割部は、反射率及び透過率が異なる第１及び第２の領域を有するビームスプリッタと、前記光アンテナからの光を前記第１又は第２の領域のいずれかで受けることができるように前記ビームスプリッタに入射する光の光路を変更する光路移動手段とを備え、
前記復調部及び捕捉追尾センサは、前記ビームスプリッタからの反射光又は透過光が入射されるよう配置され、
前記ビームスプリッタの前記第１の領域は、波長λ１の光に対して前記復調部へ配分される光が前記捕捉追尾センサへ配分される光よりも光強度が高くなるように第１の波長の光を反射及び透過し、前記第２の領域は、第２の波長の光に対して前記復調部へ配分される光が前記捕捉追尾センサへ配分される光よりも光強度が低くなるように第２の波長の光を反射及び透過し、
前記光路移動手段は、第１の通信モードのときは、光が前記第１の領域に入射するように光路を移動させ、第２の通信モードのときは、光が第２の領域に入射するように光路を移動させ、
前記復調部は、第１及び第２の通信モードの第１及び第２の波長にそれぞれ対応したものとすることができる。

【0017】

前記光送信装置及び光受信装置は、それぞれ異なる衛星に搭載されるものであり、前記光通信は衛星間光通信とすることができる。ただし、衛星間に限らず、例えば地上局と衛星との間の通信、あるいは地上又は海上同士の間の通信にも適用可能である。

【0018】

前記光はレーザ光とすることができる。ただし、レーザ光以外の光を使用することも可能である。

【0019】

上記の課題を解決するために、上記発明をより一般化したものとして、
光送信装置と光受信装置との間で送受信される光によって光通信並びに互いの捕捉追尾を行うとともに、前記光送信装置から送出される光の強度がＰ１、前記光の波長がλ１、前記光を変調してデータを送信する送信速度がＲ１である第１の通信モードと、前記光送信装置から送出される光の強度がＰ２（Ｐ１＞Ｐ２）、前記光の波長がλ２（λ１とは異なる）、前記光を変調してデータを送信する送信速度がＲ２（Ｒ１＞Ｒ２）である第２の通信モードと、・・・前記光送信装置から送出される光の強度がＰｎ（Ｐｎ−１＞Ｐｎ）、前記光の波長がλｎ（λ１、λ２、・・・λｎ−１とは異なる）、前記光を変調してデータを送信する送信速度がＲｎ（Ｒｎ−１＞Ｒｎ）である第ｎの通信モードというｎ個の通信モードをサポートする光通信システムであって、
前記光受信装置は、
前記光送信装置から送出された光を受信する光アンテナと、
捕捉追尾センサと、
前記第１乃至第ｎの通信モードに対応する第１乃至第ｎの復調部と、
前記光アンテナから光を受け、これを分割して前記捕捉追尾センサ及び前記第１乃至第ｎの復調部のいずれか入射させる第１乃至第ｎのビームスプリッタと、
を備え、
第ｎのビームスプリッタは強度Ｐ_i（ｉ＝１、・・・、ｎ）のレーザ光のうちＰＳ_iだけ反射し、ＰＤ_iだけ透過し、第ｎのビームスプリッタの波長λ_iに対する反射率がそれぞれほぼＰＳ_i／（ＰＳ_i＋ＰＤ_i）となり、かつ、ＰＳ_iが次数ｉによらずほぼ一定となるように第ｎのビームスプリッタと波長λ_iを設定し、そして、各波長に対応する第ｊ＋１（ｊ＝１、・・・、ｎ−１）の復調機に通信（復調）光を導くための第ｊのビームスプリッタは、波長λ_j+1の光をほぼ全反射し、それより速い通信速度に使用する波長の光をほぼ全透過するように設定することによって、ｎ種類の波長を用いた光通信を可能とし、かつ、通信速度が遅い通信モードほど消費電力を段階的に小さくすることものとすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】静止軌道にある静止衛星とより低軌道にあるユーザ衛星との間の光衛星間通信システムの概要を示した図である。

【図2】静止衛星内部の構成要素を示した図である。

【図3】差動位相キーイング−直接検出（ＤＤ−ＤＰＳＫ）変復調方式を示した図である。

【図4】従来のＤＤ−ＤＰＳＫにおいて通信速度を変える方法を示した図である。

【図5】従来の光衛星間通信における通信速度と必要な光強度との関係を模式的に示した図である。

【図6】本発明の実施形態１に係る装置を示した図である。

【図7】通信速度を下げた場合に捕捉追尾に必要な光強度をほぼそのままにしつつ消費電力を低減できることを模式的に示した図である。

【図8】低軌道のユーザ衛星から静止衛星へ通信速度が２．５Ｇｂｐｓでデータが伝送される場合の概要を示した図である。

【図9】別の低軌道のユーザ衛星から静止衛星へ通信速度が１００Ｍｂｐｓでデータが伝送される場合の概要を示した図である。

【図10】本発明の実施形態２の概要を示した図である。

【図11】本発明の実施形態３の概要を示した図である。

【図12】低軌道のユーザ衛星から静止衛星へ通信速度２．５Ｇｂｐｓでデータが伝送される場合の概要を示した図である。

【図13】図１２とは別の低軌道のユーザ衛星から静止衛星へ通信速度が１００Ｍｂｐｓでデータが伝送される場合の概要を示した図である。

【図14】本発明の実施形態４の概要を示し、ＤＤ−ＤＰＳＫ方式を用いる場合に使用可能な、２つの遅延線部及び１つの光スイッチを設けた復調機の例を示した図である。

【図15】３つの通信速度に対応するために、３つの遅延線部及び２つの光スイッチを設けた復調機の例を示した図である。

【図16】実施形態５の概要を示した図である。

【図17】変調方式として、ＰＳＫホモダイン検波方式又は強度変調直接検出（ＩＭ／ＤＤ）方式を用いた場合の実施形態を示した図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

［実施形態１］
図６は、本発明の実施の一形態に係る装置を示す。この装置は、静止衛星の中に設けられるもので、従来技術として示した図２の装置に対応する。図６に示した装置には、第１のビームスプリッタ４０及び第２のビームスプリッタ４１と、第１の復調機４２及び第２の復調機４３が設けられている。そして、ある時点では通信速度２．５Ｇｂｐｓでの通信を行い、別の時点では通信速度１００Ｍｂｐｓでの通信を行う。

【0022】

図６において、（ａ）は２．５Ｇｂｐｓの速度で通信する場合、（ｂ）は１００Ｍｂｐｓの速度で通信する場合を示している。通信速度を２．５Ｇｂｐｓで通信するときのレーザ光の波長をλ₁、通信速度１００Ｍｂｐｓで通信するときのレーザ光の波長をλ₂（λ₁とは異なる）とする。ただし、λ₁、λ₂は、いずれも赤外領域の波長であることが望ましい。復調機４２は通信速度２．５Ｇｂｐｓで通信するときの復調機、復調機４３は通信速度１００Ｍｂｐｓで通信するとき復調機である。捕捉追尾センサ２４には、捕捉追尾用受光素子及びその周辺回路が含まれる。捕捉追尾センサ２４の入力の手前に設けられたビームスプリッタ４０は、レーザ光の一部を反射し、一部を透過することで、光アンテナ２０が捉えたレーザ光を２つに分割する。反射されたレーザ光は、捕捉追尾センサ２４に入力され、通過したレーザ光は、ビームスプリッタ４１に入力される。

【0023】

レーザ光の波長がλ₁である場合（図６（ａ））には、ビームスプリッタ４０は、入力された強度Ｐ₁のレーザ光を、強度ＰＳ₁のレーザ光と強度ＰＤ₁のレーザ光に分割する。同様に、入力されたレーザ光の波長がλ₂である場合（図６（ｂ））には、ビームスプリッタ４０は、入力された強度Ｐ₂のレーザ光を、強度ＰＳ₂のレーザ光と強度ＰＤ₂のレーザ光に分割する。

【0024】

ビームスプリッタ４１は、レーザ光の波長がλ₁のとき（図６（ａ））はそのほとんどを透過し、レーザ光の波長がλ₂のとき（図６（ｂ））のときはそのほとんどを反射するよう作成されている。その結果、レーザ光の波長がλ₁のときは、レーザ光のほとんどは復調機４１に入力され、レーザ光の波長がλ₂のときは、レーザ光のほとんどは復調機４３に入力される。このようなビームスプリッタ４０及び４１は、ビームスプリッタの透過／反射比を適切に設計することによって実現可能である。

【0025】

図６に示した装置を光衛星間通信システムに用いれば、
Ｐ₁＝ＰＳ₁＋ＰＤ₁
及び
Ｐ₂＝ＰＳ₂＋ＰＤ₂
を満足する範囲で、レーザ光全体の強度を大幅に低下させ、かつ、捕捉追尾センサに入力されるレーザ光の強度をほとんど変えない（ＰＳ₁≒ＰＳ₂）ようにすることが可能である。すなわち、ユーザ衛星から送信するレーザ光全体の強度を、通信速度１００Ｍｂｐｓで通信するのに十分な範囲で低く抑えても、静止衛星の捕捉追尾センサに十分なレーザ光を入力できる。

【0026】

図７は、このことを模式的に示した図であり、従来の技術について示した図５に対応する。例えば図７左側のように通信速度が２．５Ｇｂｐｓのときの消費電力が合計で６だとして、図７右側のように捕捉追尾に必要な光強度をほぼそのままにしつつ１００Ｍｂｐｓの通信が可能である範囲で光強度を下げれば、全体の消費電力を１．２、すなわち５分の１まで低減することができる。これをレーザ光強度で見れば、例えば２．５Ｗから０．５Ｗに低減できる。このとき電気からレーザ光への電極変換効率を１０％と仮定すれば、消費電力は２５Ｗから５Ｗへと大幅に低減できる。

【0027】

これにより、消費電力が多いことを許容する代わりに高速の通信速度を要求するユーザ衛星のニーズと、極力低消費電力を要求する代わりに比較的低速の通信速度でよいといったユーザ衛星のニーズに、１機の静止衛星で適切に対応することができる。特に、電力リソースの厳しい小型衛星であっても光衛星間通信が可能となる。

【0028】

なお、図６に示したビームスプリッタ４０、４１の反射率及び透過率、捕捉追尾センサ２４及び復調機４２、４３の配置は一例であり、例えば捕捉追尾センサ２４を図６の一番下に配置し、ビームスプリッタ４０、４１を透過したレーザ光が捕捉追尾センサ２４に入力されるように変形することも可能である。

【0029】

図８は、低軌道のユーザ衛星から静止衛星へ通信速度が２．５Ｇｂｐｓでデータが伝送される場合の概要を示し、図９は、別の低軌道のユーザ衛星から静止衛星へ通信速度が１００Ｍｂｐｓでデータが伝送される場合の概要を示している。

【0030】

図８に示したユーザ低軌道衛星１に搭載された送信機には、レーザダイオード（ＬＤ）３０₁、光変調機３１₁、光増幅器３２₁が含まれる。レーザダイオード３０₁から発せられた波長λ₁のレーザ光は、光変調器において、送信データとして送信機の外部から入力される２．５Ｇｂｐｓの電気信号によって変調される。変調されたレーザ光は、光増幅器３２₁によって２．５Ｗにまで増幅され、必要に応じて遅延線３３₁を通り、内部光学系３４₁を経て、送信用光アンテナ３５₁から宇宙空間に送出される。

【0031】

このとき、内部光学系３４₁と光アンテナ３５₁によって粗捕捉追尾系（ＣＰＭ）で通信相手先の衛星を指向し、内部光学系３４₁の中の精捕捉追尾系（ＦＲＭ）（図８には不図示）でレーザ光の送出方向を微調整する。送出された波長λ₁のレーザ光は、約４０，０００ｋｍの宇宙空間を伝搬し、静止衛星３の受信用光アンテナ２０によって受信される。この間に、送信アンテナ利得、伝搬による減衰、受信アンテナ利得を合算すると、静止衛星に届くレーザ光強度は１億分の１（１０^-8倍）程度に減少する。

【0032】

静止衛星３の光アンテナにレーザ光が入射すると、受信されたレーザ光は内部光学系のビームスプリッタ４０で１／６（１６．７％）が反射され、捕捉追尾センサ２４に入射する。この捕捉追尾センサ２４に入射したレーザ光の角度に基づいてユーザ低軌道衛星１の位置を正確に検知し、粗捕捉追尾機構（ＣＰＭ）（図示せず）及び精捕捉追尾機構（ＦＰＭ）で受信レーザ光を正確に復調機に導く。

【0033】

一方、ビームスプリッタ４０を透過した残りの５／６（８３．３％）のレーザ光は、次にビームスプリッタ４１を全透過し、復調機４２に入射する。ビームスプリッタ４１を透過する際の損失は存在するものの、無視できるレベルである。復調機４２は、入射したレーザ光を復調して、２．５Ｇｂｐｓのデータを取り出す。

【0034】

図９のユーザ低軌道衛星２において図８のユーザ低軌道衛星１の場合と異なるのは、レーザダイオード（ＬＤ）３０₂から発せられる波長がλ₂であること、送信機の外部から入力される電気信号が１００Ｍｂｐｓであること、レーザ光が光増幅器３２₂で増幅されるのは０．５Ｗまでであることである。光アンテナ３５２から送出された波長λ₂レーザ光は、約４０，０００ｋｍの宇宙空間を伝搬し、静止衛星３の受信アンテナによって受信される。この間に、２．５Ｇｂｐｓの場合と同様に、レーザ光強度は１億分の１（１０^-8倍）程度に減少する。

【0035】

図９に示した静止衛星３では、光アンテナ２０にレーザ光が入射すると、受信されたレーザ光は内部光学系のビームスプリッタ４０において５／６（８３．３％）が反射され、捕捉追尾センサ２４に入射する。この捕捉追尾センサ２４に入射した角度に基づいてユーザ低軌道衛星の位置を正確に検知し、粗捕捉追尾機構（ＣＰＭ）及び精捕捉追尾機構（ＦＰＭ）で受信レーザ光を正確に復調機に導く。

【0036】

一方、ビームスプリッタ４０を透過した残りの１／６（１６．７％）のレーザ光は、ビームスプリッタ４１において全反射され、復調機４３に入射する。ビームスプリッタ４１で反射される際の損失は存在するものの、無視できるレベルであることは、図８の場合と同様である。復調機４３は、入射したレーザ光を復調し、１００Ｍｂｐｓのデータを取り出す。

【0037】

ここで、図８の場合（波長λ₁）に捕捉追尾センサ２４に到達するレーザ光の強度を概算すると、
２．５Ｗ×１０^-8×（１／６）＝４．２×１０^-9Ｗ
となる。一方、図９の場合（波長λ₂）に捕捉追尾センサ２４に到達するレーザ光の強度は、
０．５Ｗ×１０^-8×（５／６）＝４．２×^-9Ｗ
となる。すなわち、どちらの場合も捕捉追尾センサに到達するレーザ光の強度はほぼ同じである。よって、図８のユーザ低軌道衛星１から送出された出力２．５Ｗのレーザ光（通信速度２．５Ｇｂｐｓ）でも、図９のユーザ低軌道衛星２から送出された出力０．５Ｗのレーザ光（通信速度１００Ｍｂｐｓ）でも、静止衛星３ではほぼ同じ性能で捕捉追尾動作を行うことができる。

【0038】

一方、図９の場合の復調機４３に到達するレーザ光は、図８の場合の復調機４２に比べて約２５分の１（０．５×（１／６）：２．５×（５／６））の強度である。しかしながら通信速度も、図８の場合の２．５Ｇｂｐｓに対して、図９の場合には１００Ｍｂｐｓと２５分の１になるので、問題なく復調することができる。

【0039】

前述のように、波長λ₁及びλ₂をいずれも赤外領域とし、両者に１０ｎｍ程度の差をつけるようにすれば、既存の誘電体多層膜技術を用いることによって、本実施形態に示すように動作するビームスプリッタ４０及び４１を作成することが可能である。

【0040】

本実施形態では、図８に示した２．５Ｇｂｐｓでの通信時には、２．５Ｗの送信レーザ光強度が必要であり、そのために光増幅器の電気からレーザへの変換効率を１０％とすると、２５Ｗの電力を必要とする。一方、図９に示した１００Ｍｂｐｓでの通信時には、０．５Ｗの送信レーザ光強度が必要であり、そのために光増幅器は５Ｗの電力を必要とする。よって、図９のユーザ低軌道衛星２では、図８のユーザ低軌道衛星１に比べて、通信速度を下げることで、消費電力を２０Ｗ低減することが可能となる。

【0041】

ただし、ここで挙げた具体的な数値はあくまでも一例である。上記のように消費電力を低減するために重要な点は、２．５Ｇｂｐｓでの通信モードから、１００Ｍｂｐｓでの通信モードになるときに復調機へ配分される光強度の減り方（復調機４２に配分される光の光強度から復調機４３に配分される光の光強度への減り方）の割合が、捕捉追尾センサ２４へ配分される光強度の減り方（減り方がゼロの場合を含む）の割合よりも大きくなるようにするということである。

【0042】

［実施形態２］
図１０は、４種類の通信速度（４つの通信モード）に対応するための装置を示しており、４種類の通信速度に対応するために異なる４つの波長を利用している。これらの４つの波長を受信側で分割するために４つのビームスプリッタ５０₁、５０₂、５０₃、５０₄を利用し、さらに４つの波長に対応する４つの復調機５１₁、５１₂、５１₃、５１₄を用いる。波長λ₁の受信レーザ光のうちビームスプリッタ５０₄で反射されるレーザ光強度をＰＳ₁、ビームスプリッタ５０₄を透過するレーザ光強度をＰＤ₁とすると、ビームスプリッタ５０₄の波長λ₁に対する反射率は、
ＰＳ₁／（ＰＳ₁＋ＰＤ₁）
となる。同様に波長λ₂、λ₃、λ₄に対する反射率を、それぞれ
ＰＳ₂／（ＰＳ₂＋ＰＤ₂）
ＰＳ₃／（ＰＳ３＋ＰＤ₃）
ＰＳ₄／（ＰＳ₄＋ＰＤ₄）
と表すことができる。

【0043】

ここで、ビームスプリッタ５０₄を、低い通信速度で使用する波長ほど高い反射率となるようにし、かつ、ＰＳ₁、ＰＳ₂、ＰＳ₃、ＰＳ₄が波長によらずほぼ同じになるように設定する。さらに、ビームスプリッタ５０₃はλ₄をほぼ全反射し、λ₁、λ₂、λ₃をほぼ全透過し、ビームスプリッタ５０₂はλ₃をほぼ全反射し、λ₁、λ₂をほぼ全透過し、ビームスプリッタ５０₁はλ₂をほぼ全反射し、λ₁をほぼ全透過するように設定する。このようにすることによって、通信速度が遅い通信モードほど消費電力を段階的に小さくすることが可能となる。

【0044】

さらに、本実施形態をより一般化することができる。すなわち、使用する波長の数（通信モードの数）をｎ（ｎは３以上の整数）、簡単のめたに長い波長ほど遅い通信速度に使うこととし（必須事項ではない）、ビームスプリッタ５０_nは強度Ｐ_i（ｉ＝１、・・・、ｎ）のレーザ光のうちＰＳ_iだけ反射し、ＰＤ_iだけ透過し、ビームスプリッタ５０_nの波長λ_i（波長λ_iは次数ｉが大きくなるほど長波長）に対する反射率がそれぞれほぼＰＳ_i／（ＰＳ_i＋ＰＤ_i）となり、かつ、ＰＳ_iが次数ｉによらずほぼ一定となるようにビームスプリッタ５０_nと波長λ_iを設定する。そして、各波長に対応する復調機５１_j+1（ｊ＝１、・・・、ｎ−１）に通信（復調）光を導くためのビームスプリッタ５０_jは、波長λ_j+1をほぼ全反射し、それより短い波長をほぼ全透過するように設定する。このようにすることによって、ｎ種類の波長を用いた光通信が可能となり、かつ、通信速度が遅い通信モードほど消費電力を段階的に小さくすることが可能となる。

【0045】

［実施形態３］
図１１に示した実施形態は、複数の通信速度に対応するために、単一のビームスプリッタ６０に複数の領域６０₁、６０₂が設けられ、これらの領域における特定波長のレーザ光に対する透過率及び反射率が異なるように設計されている。そして、光路が固定されたレーザ光がこれら複数の領域を通過するように、ビームスプリッタ６０を移動させる駆動機構（図示せず）が設けられている。駆動機構は、小型モータを含む既存の技術を使って容易に実現できる。

【0046】

図１１に示した実施形態のビームスプリッタ６０は、特定の波長に対して、ビームスプリッタ６０を右下に動かしてレーザ光が領域６０₁に入射すると透過率が高くなる。一方、ビームスプリッタ６０を左上に動かしてレーザ光が領域６０₂に入射すると反射率が高くなる。すなわち、右下に動かすと、レーザ光の捕捉追尾センサ２４への配分が少なくなり、図６（ａ）のλ₁と同じ状況になる。また、ビームスプリッタ６０を左上に動かすと、レーザ光の捕捉追尾センサ２４への配分が多くなり、図６（ｂ）のλ₂と同じ状況になる。本実施例では、波長を変えずに２．５Ｇｂｐｓと１００Ｍｂｐｓの両方の通信速度で捕捉追尾センサ２４と復調機への配分比率を変更することが可能となる。当然、通信速度が２．５Ｇｂｐｓのときに比べて通信速度が１００Ｍｂｐｓのときは消費電力を少なく抑えられ、かつ十分な光強度で捕捉追尾を実行することができる。

【0047】

図１２は、低軌道のユーザ衛星から静止衛星へ通信速度２．５Ｇｂｐｓでデータが伝送される場合の概要を示しており、図１３は、別の低軌道のユーザ衛星から静止衛星へ通信速度が１００Ｍｂｐｓでデータが伝送される場合の概要を示している。静止衛星では、図１１に示した、複数の領域６０₁、６０₂を有する単一のビームスプリッタ６０を用いている。なお、図１２及び図１３において、図８及び図９と同一構成部分については同一の符号を付し、説明を省略する。

【0048】

ビームスプリッタ６０は、一例として特定の波長に対して第１の領域６０₁の反射率が１６．７％、透過率が８３．３％とし、第２の領域６０₂の反射率が８３．３％、透過率が１６．７％とし、第１の領域を高速通信用、第２の領域を低速通信用に使用することができる。復調機６１は、１台で複数の通信速度に対応可能なものである。これについては、後述の実施形態４（図１４及び図１５）において具体的な構成例を示す。

【0049】

［実施形態４］
図１４は、ＤＤ−ＤＰＳＫ方式を用いる場合に使用可能な復調機の例を示した図である。復調において遅延検波を行うＤＤ−ＤＰＳＫ方式の場合、ビット長の異なる複数の通信速度を切り替えるためには、導光媒体（例えば、光ファイバや基板上に形成されたガラスなど）で構成される１ビット遅延線の切り替えが必要となる。図１４に示した例では、長さ、すなわち遅延時間が異なる２つの遅延線部６２₁及び６２₂と、光スイッチ６４が設けられている。復調機に入った受信レーザ光は低雑音光増幅器６３によって増幅された後、光スイッチ６４によって遅延線部６２₁又は遅延線部６２₂のいずれかを通過するよう切り替えられる。なお、図１４に示した例では、光スイッチ６４はレーザ光が遅延線６２₂側に導かれる位置にあるが、光スイッチ６４の接続が逆になっていればレーザ光は遅延線６２₁側に導かれる。遅延線部６２₁又は６２₂を通ったレーザ光は、いずれも単一のフォトダイオード６５に入射され、光電変換されて電気信号が取り出される。

【0050】

図１５は、３つの通信速度に対応するために、３つの遅延線部６２₁、６２₂、６２₃及び２つの光スイッチ６４₁及び６４₂を設けた例を示している。図１５の例では、光スイッチ６４₁及び６４₂は、レーザ光が遅延線６２₂側に導かれる位置にある。そして、光スイッチ６４₁、６４₂の切り替えの組み合わせで、レーザ光を遅延線部６２₁及び６２₃にも通すことができる。同様にして、遅延線部の数をさらに増やして、より多くの通信速度に対応できることは明らかである。図１４又は１５に示した回路を図１１〜１３に示した復調機に組み込むことによって、ＤＤ−ＤＰＳＫ方式において単一の復調機で複数の通信速度に対応することが可能となる。

【0051】

捕捉追尾センサへのレーザ光と復調機へのレーザ光との配分が常に一定である従来技術とは異なり、受信側の光通信装置内で、場所により反射率及び透過率が異なるビームスプリッタとその駆動装置を付加することで、通信速度に応じて捕捉追尾センサへのレーザ光と復調機へのレーザ光の分配を変更し、復調用のレーザ光の強度の、通信速度に応じた低減が実現できる。このことから、通信速度が低い場合は受信側の平均受信レーザ光強度の低減が可能となり、送信側においては、送信レーザ光強度を削減することができることから電力消費を低減することができる。前述の図７に示したように、送信レーザ光強度を５分の１（例えば２．５Ｗから０．５Ｗ）に低減できれば、電気からレーザ光への変更効率を１０％とすると、低軌道衛星の光増幅器の消費電力が２５Ｗから５Ｗとなり、２０Ｗの低減が可能となる。

【0052】

［実施形態５］
図１６に示した実施形態は、図１１に示した実施形態と同様に、特定波長のレーザ光に対して透過率及び反射率が異なる複数の領域６０₁、６０₂を有する単一のビームスプリッタ６０を用いる。ただし、図１１ではビームスプリッタ６０を駆動手段で移動させたが、本実施形態ではビームスプリッタ６０は固定し、精捕捉追尾機構（ＦＰＭ）２１を用いて僅かに光路をずらすことで、ビームスプリッタ６０に入射する位置が領域６０₁、６０₂のいずれかとなるようにする。領域６０₁、６０₂は、前述のように特定波長のレーザ光に対する透過率及び反射率が異なるように設計されている。

【0053】

本実施形態の場合には、２つの捕捉追尾センサ７０₁、７０₂と、２つの復調機７１₁、７１₂が必要となるが、ビームスプリッタ６０を移動させる駆動手段は不要となる。宇宙用途の装置の設計では冗長系を持たせることができない駆動部を極力避けることが要請されることから、本実施形態のように駆動手段を省くことの利点は大きい。

【0054】

［実施形態６］
図１７は、変調方式として、ＰＳＫホモダイン検波方式又は強度変調直接検出（ＩＭ／ＤＤ）方式を用いた場合の実施形態を示している。これらの方式では１台の復調機を複数のフロック速度に対応させることが可能となるので、図１７の実施形態では１台の復調機７５で２．５Ｇｂｐｓ（波長λ₁）、１００Ｍｂｐｓ（波長λ₂）という複数の通信速度に対応させている。波長λ₁及びλ₂は、赤外領域とすることが望ましい。この場合ビームスプリッタ７６は、波長λ₁のレーザ光に対する透過率が８３．３％、反射率が１６．７％、波長λ₂のレーザ光に対する反射率が１６．７％、透過率が８３．３％となるように設定されている。そして、いずれの場合も捕捉追尾センサ７７に入射されるレーザ光強度がほぼ同じになるようにすると、図７に模式的に示したように、通信速度１００Ｍｂｐｓ（波長λ₂）での通信時の使用するレーザ光の強度を、通信速度２．５Ｇｂｐｓ（波長λ₁）での通信時に使用するレーザ光の強度の５分の１程度に低減することが可能となり、１００Ｍｂｐｓでの通信時の消費電力を大幅に低減することができる。

【0055】

［その他の実施形態］
これまでは、衛星間通信について説明したが、本発明は、衛星間に限らず、例えば地上局と衛星との間の通信、あるいは地上又は海上同士の間の通信にも適用可能である。さらに、これまでは光としてレーザ光を用いる場合について説明したが、例えば十分に短い距離での通信の場合は、レーザ光ではなく通常の光を用いる場合にも適用可能である。

【符号の説明】

【0056】

１、１１、１２：ユーザ衛星
３、１０：静止衛星
１３：地上局
２０、３５：光アンテナ
２１：精捕捉追尾機構（ＦＰＭ）
２２：ミラー
２３、４０、４１、５０₁〜５０₄、６０：ビームスプリッタ（ＢＳ）
２４、７０₁、７０₂、７７：捕捉追尾センサ
２５、４２、４３、５１₁〜５１₄、６１、７１₁、７１₂、７５：復調機
２６：粗捕捉追尾機構（ＣＰＭ）
３０：レーザダイオード（ＬＤ）
３１：光変調器
３２：光増幅器
２９、３３：光ファイバ
３４、３６：内部光学系
３７、６３：低雑音増幅器
３８、６２₁、６２₂、６２₃：遅延線
３９、６５：フォトダイオード
６４、６４₁、６４₂：光スイッチ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】