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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023106077
(43)【公開日】2023-08-01
(54)【発明の名称】光送信器、および、空間光通信送信装置
(51)【国際特許分類】
H04B 10/50 20130101AFI20230725BHJP
H04B 10/112 20130101ALI20230725BHJP
G02F 1/01 20060101ALI20230725BHJP
【ＦＩ】
H04B10/50
H04B10/112
G02F1/01 D
【審査請求】未請求
【請求項の数】9
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022007207
(22)【出願日】2022-01-20
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用申請有り （１） 学術変革領域「散乱・揺らぎ場の包括的理解と透視の科学」キックオフシンポジウム（Ｚｏｏｍウェビナーによる開催），２０２１年２月１日，高山佳久，玉川一郎，小林智尚，山下泰輝「空間光伝搬通信における散乱・揺らぎ計測と制御」 （２） Ｏｐｔｉｃｓ ＆ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｊａｐａｎ ２０２１講演予稿集（ＰＤＦのみ），２０２１年１０月２１日，高山佳久，玉川一郎，小林智尚，一般社団法人 日本光学会、ｈｔｔｐｓ：／／ｏｐｔ－ｊ．ｃｏｍ／ｏｐｊ２０２１－２／ｄｏｗｎｌｏａｄ．ｈｔｍｌ （３） Ｏｐｔｉｃｓ Ａｎｄ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｊａｐａｎ ２０２１講演会（オンライン講演），２０２１年１０月２８日，高山佳久，玉川一郎，小林智尚，「揺らぎ場を伝搬した光による受信面照射の安定化」
(71)【出願人】
【識別番号】000125369
【氏名又は名称】学校法人東海大学
(74)【代理人】
【識別番号】110001807
【氏名又は名称】弁理士法人磯野国際特許商標事務所
(72)【発明者】
【氏名】高山 佳久
【テーマコード（参考）】
2K102
5K102
【Ｆターム（参考）】
2K102AA21
2K102BA05
2K102BB04
2K102BB08
2K102BC04
2K102DB08
2K102DD02
2K102EB10
2K102EB11
2K102EB12
2K102EB20
5K102AA21
5K102AB07
5K102AH01
5K102AH02
5K102AH26
5K102PH01
5K102PH22
5K102PH24
5K102PH48
5K102PH49
5K102RB01
5K102RB02
(57)【要約】
【課題】光送信器、および、空間光通信送信装置について、充分な強度の光を安定して対象に照射する。
【解決手段】光送信器２は、お互いにインコヒーレントなレーザビームを複数発生するレーザビーム発生手段と、各レーザビームに、それぞれ空間的に異なる位相変調を行う波面制御器６２１，６２２と、波面制御器６２１，６２２にて位相変調された各レーザビームを単一のレーザビームに合波する合波器６３と、合波器６３が合波した単一のレーザビームを照射対象物に送出する光学系３と、を有する。
【選択図】図１
【解決手段】光送信器２は、お互いにインコヒーレントなレーザビームを複数発生するレーザビーム発生手段と、各レーザビームに、それぞれ空間的に異なる位相変調を行う波面制御器６２１，６２２と、波面制御器６２１，６２２にて位相変調された各レーザビームを単一のレーザビームに合波する合波器６３と、合波器６３が合波した単一のレーザビームを照射対象物に送出する光学系３と、を有する。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
お互いにインコヒーレントなレーザビームを複数発生するレーザビーム発生手段と、
各前記レーザビームに、それぞれ空間的に異なる位相変調を行う光位相変調器と、
前記光位相変調器にて位相変調された各前記レーザビームを単一のレーザビームに合波する合波器と、
前記合波器が合波した前記単一のレーザビームを照射対象物に送出する光学系と、
を有することを特徴とする光送信器。
各前記レーザビームに、それぞれ空間的に異なる位相変調を行う光位相変調器と、
前記光位相変調器にて位相変調された各前記レーザビームを単一のレーザビームに合波する合波器と、
前記合波器が合波した前記単一のレーザビームを照射対象物に送出する光学系と、
を有することを特徴とする光送信器。
【請求項2】
前記光位相変調器は、反射型波面制御器である、
ことを特徴とする請求項１に記載の光送信器。
ことを特徴とする請求項１に記載の光送信器。
【請求項3】
前記光位相変調器は、透過型波面制御器である、
ことを特徴とする請求項１に記載の光送信器。
ことを特徴とする請求項１に記載の光送信器。
【請求項4】
前記光位相変調器は、計測または推定した屈折率構造関数によって示される統計的な性質に従うように、ランダムな位相変調を動的に行う、
ことを特徴とする請求項１から請求項３のうち何れか１項に記載の光送信器。
ことを特徴とする請求項１から請求項３のうち何れか１項に記載の光送信器。
【請求項5】
前記レーザビーム発生手段は、複数のレーザ発生器を含んで構成される、
ことを特徴とする請求項１から請求項４のうち何れか１項に記載の光送信器。
ことを特徴とする請求項１から請求項４のうち何れか１項に記載の光送信器。
【請求項6】
前記レーザビーム発生手段は、単一のレーザ発生器と分波器と複数の偏光手段を含んで構成される、
ことを特徴とする請求項１から請求項４のうち何れか１項に記載の光送信器。
ことを特徴とする請求項１から請求項４のうち何れか１項に記載の光送信器。
【請求項7】
前記レーザビーム発生手段は、単一のレーザ発生器と分波器と、前記分波器が分波した一方のレーザビームを遅延させる遅延手段とを含んで構成される、
ことを特徴とする請求項１から請求項４のうち何れか１項に記載の光送信器。
ことを特徴とする請求項１から請求項４のうち何れか１項に記載の光送信器。
【請求項8】
請求項１から７のうち何れか１項に記載の光送信器と、
前記レーザビーム発生手段が発生した各前記レーザビームに同一の送信信号を変調する信号変調器と、
を備える空間光通信送信装置。
前記レーザビーム発生手段が発生した各前記レーザビームに同一の送信信号を変調する信号変調器と、
を備える空間光通信送信装置。
【請求項9】
請求項１から請求項７のうち何れか１項に記載の光送信器を含み、
前記レーザビーム発生手段は、同一の送信信号を変調したレーザビームを複数発生する、
ことを特徴とする空間光通信送信装置。
前記レーザビーム発生手段は、同一の送信信号を変調したレーザビームを複数発生する、
ことを特徴とする空間光通信送信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、光送信器、および、空間光通信送信装置に関する。
【背景技術】
【0002】
衛星と地上局もしくは地上局間との通信において、大容量伝送が可能となるレーザビームを用いた空間光通信の利用が期待されている。
図２０に示すように、光送信器２から送出されたレーザビーム６１は、通信路である大気中の乱流のダイナミックに変化する吸収と散乱の影響を受ける。その結果、光受信器５にて、レーザの波形は空間的に歪んで拡がる。つまりレーザビーム７１の強度の空間分布が拡がり、光強度の斑や変動、焦点の散在や移動などが発生する。空間光通信のレーザビーム７１の強度の空間分布が拡がると、光受信器５の口径から空間的に外れ、光を十分に受信できなくなるという問題がある。更に光強度の斑や変動、焦点の散在や移動などにより光回線の瞬断などが発生して、通信品質が劣化する。また人工衛星との通信においては、受信光を人工衛星の追尾に利用しており、歪によりその性能も悪化する。
図２０に示すように、光送信器２から送出されたレーザビーム６１は、通信路である大気中の乱流のダイナミックに変化する吸収と散乱の影響を受ける。その結果、光受信器５にて、レーザの波形は空間的に歪んで拡がる。つまりレーザビーム７１の強度の空間分布が拡がり、光強度の斑や変動、焦点の散在や移動などが発生する。空間光通信のレーザビーム７１の強度の空間分布が拡がると、光受信器５の口径から空間的に外れ、光を十分に受信できなくなるという問題がある。更に光強度の斑や変動、焦点の散在や移動などにより光回線の瞬断などが発生して、通信品質が劣化する。また人工衛星との通信においては、受信光を人工衛星の追尾に利用しており、歪によりその性能も悪化する。
【0003】
この問題を解決するための既存技術としては、特許文献１に記載のマルチビーム法や、特許文献２に記載の波面操作法がある。
図２１と図２２に示すように、マルチビーム法では、複数の光送信器２Ｌ，２Ｒを用意してレーザビームを複数に分割し、大気中の空間的に離れた経路を伝送路とする。各レーザビームの波形はランダムに空間的に歪む。それらを重ね合わせることにより光量が或る程度一様になり、受信側では、その口径内に十分な強度の光を受信することができる。
図２１と図２２に示すように、マルチビーム法では、複数の光送信器２Ｌ，２Ｒを用意してレーザビームを複数に分割し、大気中の空間的に離れた経路を伝送路とする。各レーザビームの波形はランダムに空間的に歪む。それらを重ね合わせることにより光量が或る程度一様になり、受信側では、その口径内に十分な強度の光を受信することができる。
【0004】
波面操作法は、光受信器において、受信光の強度の空間分布情報を波面センサで検出し、光受信器の可変形鏡等で波面操作し、受信器の口径内に十分な強度の光を受信できるようにフィードバックをかける方式である。ここで可変形鏡とは、例えばMEMS（Micro Electro Mechanical Systems）や空間光位相変調器などをいう。波面操作法の通信システムでは、双方向通信を行っている相手方からのレーザビームを受けて、送信側でその光の歪を検出し、空間光位相変調器を用い波面操作で補正し、受信デバイスの口径内に十分な強度の光を受信できるようにフィードバックを掛ける。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開２００５－３５４３３５号公報
【特許文献2】国際公開第２０２０／２５０３０８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
波面操作法には、並行方式と交差方式とがある。
図２１に示す光送信器２は、２つの光送信器２Ｌ，２Ｒによって並行にレーザビームの送出を行う並行方式である。これにより、光送信器２Ｌが送出したレーザビームと、光送信器２Ｒが送出したレーザビームとは異なる空間を通り、異なる大気揺らぎの影響を受ける。並行方式では、有効領域８が遠距離となるため、送信側と受信側が十分に離れている必要がある。送信側と受信側の距離は、数百キロメートル程度が想定される。
図２１に示す光送信器２は、２つの光送信器２Ｌ，２Ｒによって並行にレーザビームの送出を行う並行方式である。これにより、光送信器２Ｌが送出したレーザビームと、光送信器２Ｒが送出したレーザビームとは異なる空間を通り、異なる大気揺らぎの影響を受ける。並行方式では、有効領域８が遠距離となるため、送信側と受信側が十分に離れている必要がある。送信側と受信側の距離は、数百キロメートル程度が想定される。
【0007】
図２２に示す光送信器２は、２つの光送信器２Ｌ，２Ｒによってレーザビームが交差するように送出する交差方式である。これにより、光送信器２Ｌが送出したレーザビームと、光送信器２Ｒが送出したレーザビームとは異なる空間を通り、異なる大気揺らぎの影響を受ける。交差方式では、有効領域８の距離が固定となるため、移動体通信では使えないという制限がある。
また波面操作法では、空間的に経路を分けるために、各ビームの送出口を数十センチから数メートル離す必要があり、小型化ができないという制限がある。
また波面操作法では、空間的に経路を分けるために、各ビームの送出口を数十センチから数メートル離す必要があり、小型化ができないという制限がある。
【0008】
波面操作法では、受信系の波面センサで検知できる空間周波数が制限される。また波面操作法では、受信系の波面センサで検知した波面に基づいて可変形鏡を駆動するまでに時間を要する。この時間は、イメージセンサの読み出し速度と、計算速度と、空間位相変調デバイスの応答速度の和である。その結果、十分な波面操作ができないことがある。
【0009】
この問題に加え、波面操作法では、フィードバック時間の遅れによる受信時の経路と送信時の経路との角度差が問題となる。波面操作法は、特に衛星等の移動体通信への適用が難しい。
【0010】
そこで、本発明は、光送信器、および、空間光通信送信装置について、充分な強度の光を安定して対象に照射することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0011】
前記課題を解決するため、本発明に係る光送信器は、お互いにインコヒーレントなレーザビームを複数発生するレーザビーム発生手段と、各前記レーザビームに、それぞれ空間的に異なる位相変調を行う光位相変調器と、前記光位相変調器にて位相変調された各前記レーザビームを単一のレーザビームに合波する合波器と、前記合波器が合波した前記単一のレーザビームを照射対象物に送出する光学系と、を有する構成とする。
【0012】
空間光通信送信装置は、光送信器と、前記レーザビーム発生手段が発生した各前記レーザビームに同一の送信信号を変調する信号変調器と、を備える。
【発明の効果】
【0013】
本発明によれば、光送信器、および、空間光通信送信装置について、充分な強度の光を安定して対象に照射することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【図1】本実施形態に於ける空間光通信システムの概略を示す構成図である。
【図2】各レーザビームの輝度と正規化確率密度分布の関係を示すグラフである。
【図3】空間光通信システムの有効領域を説明する図である。
【図4】第１実施形態の光送信器を示す構成図である。
【図5】第２実施形態の光送信器を示す構成図である。
【図6】第３実施形態の光送信器を示す構成図である。
【図7】第４実施形態の光送信器を示す構成図である。
【図8】第５実施形態の光送信器を示す構成図である。
【図9】第６実施形態の光送信器を示す構成図である。
【図10】第７実施形態の光送信器を示す構成図である。
【図11】第８実施形態の光送信器を示す構成図である。
【図12】第９実施形態の光送信器を示す構成図である。
【図13】第１０実施形態の光送信器を示す構成図である。
【図14】第１１実施形態の光送信器を示す構成図である。
【図15】空間位相変調制御処理を示すフローチャートである。
【図16】伝送系から受光系までの計算領域を示す図である。
【図17】各計算領域の入力面と出力面を示す図である。
【図18】各距離における計算例を示す図である。
【図19A】光の伝搬シミュレーションを示すフローチャートである。
【図19B】光の伝搬シミュレーションを示すフローチャートである。
【図20】第１比較例の空間光通信システムの概略を示す構成図である。
【図21】第２比較例の空間光通信システムの有効領域を説明する図である。
【図22】第２比較例の空間光通信システムの有効領域を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【0015】
以降、本発明を実施するための形態を、各図を参照して詳細に説明する。
図１を用いて、本実施形態の空間光通信システムの概略を説明する。
空間光通信システムは、光送信器２と光受信器５とを含んで構成される。光送信器２は、レーザダイオード２０１，２０２と、波面制御器６２１，６２２と、合波器６３と、光学系３とを含んで構成される。
図１を用いて、本実施形態の空間光通信システムの概略を説明する。
空間光通信システムは、光送信器２と光受信器５とを含んで構成される。光送信器２は、レーザダイオード２０１，２０２と、波面制御器６２１，６２２と、合波器６３と、光学系３とを含んで構成される。
【0016】
レーザダイオード２０１，２０２は、お互いにインコヒーレントなレーザビーム６１１，６１２を発生するレーザビーム発生手段である。波面制御器６２１，６２２が、これらレーザビーム６１１，６１２に対し、それぞれ空間的に異なる位相変調を行い、合波器６３が合波して光学的に重ね合わせる。そして光学系３は、合波器６３が合波した単一のレーザビームを照射対象物である光受信器５に送出する。重ね合わせたレーザビームを同一経路で同時に伝送すると、異なる波面をもつレーザビームが重なり合って光受信器５に到達する。
【0017】
これにより、光受信器５の受光面の輝度分布は一様となる。波面制御器６２１，６２２は、波面操作により空間的に光位相を変調させる空間光位相変調器である。これら波面制御器６２１，６２２は、計測または推定した屈折率構造関数によって示される統計的な性質に従うように、ランダムな位相変調を動的に行う。
【0018】
異なる波面をもつレーザビームは、同じ経路における同じ大気揺らぎであっても、それぞれランダムに異なる影響を受ける。そのため、それらを重ね合わされた受信側での光強度の空間分布は一様に近くなり、光受信器の口径内に十分な強度の光を安定して受信することができる。受信は、既存の通常の光受信器で行える。なお、図１では複数のレーザビーム発光手段としてのレーザダイオード２０１，２０２を示したが、単一のレーザビーム発生手段と分波器と複数の偏光手段を含むようにしてもよく、限定されない。
【0019】
図２のグラフに本発明の光受信器における受光強度の確率密度分布のシミュレーション結果を示す。グラフの縦軸は正規化した確率密度分布を示し、横軸は輝度を示している。グラフの実線は、４ビームの場合の確率密度分布を示している。グラフの破線は、２ビームの場合の確率密度分布を示している。グラフの一点鎖線は、１ビームの場合の確率密度分布を示している。
【0020】
一点鎖線で示した１ビームの場合、確率密度分布は受信強度が弱いところまで拡がっており、受信デバイスの受信性能以下になる確率が所定割合だけ存在する。これに対して実線で示した４ビームの場合、確率密度分布は平均強度周辺に集中し、受信性能以下になる確率が小さくなっている。破線で示した２ビームの場合の特性は、４ビームの場合の特性と１ビームの場合の特性の中間である。
【0021】
図３は、空間光通信システムの有効領域８を説明する図である。
このように、光送信器２では、波面制御器６２１，６２２で重ね合わせた光を同一経路で同時に送信する。よって有効領域８は、距離に依らずに一様に分布する。つまり、本実施形態の光送信器２は、距離に依らずに光受信器５に適切にレーザビームを照射することができる。
このように、光送信器２では、波面制御器６２１，６２２で重ね合わせた光を同一経路で同時に送信する。よって有効領域８は、距離に依らずに一様に分布する。つまり、本実施形態の光送信器２は、距離に依らずに光受信器５に適切にレーザビームを照射することができる。
【0022】
図４を参照して、第１実施形態の光送信器２Ａを説明する。第１実施形態の光送信器２Ａは、レーザダイオード２０と、偏光制御器２２と、レンズ２３Ｌ，２３Ｒと、半波長板２５Ｌ，２５Ｒと、波面制御器２４Ｌ，２４Ｒと、鏡２６と、偏光ビームスプリッタ２７とを含んで構成される。
【0023】
図４などではレーザダイオード２０のことを単に「ＬＤ」と省略して記載している。なお、光送信器２Ａは、偏光ビームスプリッタ２７が合波した単一のレーザビームを照射対象物に送出する光学系を備えているが、ここでは記載を省略している。
【0024】
レーザダイオード２０は、入力された信号に応じてレーザビーム（レーザ光）を出射するレーザ光源である。偏光制御器２２は、入射光を偏光４Ｌと偏光４Ｒに分波する分波器である。ここでレーザダイオード２０と偏光制御器２２の組み合わせは、お互いにインコヒーレントなレーザビームを複数発生するレーザビーム発生手段に相当する。レーザダイオード２０と偏光制御器２２の組み合わせは、同一の送信信号を変調した偏光４Ｌ，４Ｒを発生する。第１実施形態の光送信器２Ａは、レーザダイオード２０と偏光制御器２２の組み合わせにより、送信信号を変調したレーザビームを複数発生する空間光通信送信装置である。
【0025】
レンズ２３Ｌ，２３Ｒは、入射した光の拡がり角を任意に調整可能である。
波面制御器２４Ｌ，２４Ｒは、透過型であり、波面操作により空間的に光位相を変調させる空間光位相変調器である。これら波面制御器２４Ｌ，２４Ｒは、計測または推定した屈折率構造関数によって示される統計的な性質に従うように、ランダムな位相変調を動的に行う。
波面制御器２４Ｌ，２４Ｒは、透過型であり、波面操作により空間的に光位相を変調させる空間光位相変調器である。これら波面制御器２４Ｌ，２４Ｒは、計測または推定した屈折率構造関数によって示される統計的な性質に従うように、ランダムな位相変調を動的に行う。
【0026】
具体的にいうと、波面制御器２４Ｌ，２４Ｒの２次元的配列に従い、それぞれのビームに異なる２次元乱数を発生し、それを二次元フーリエ変換して空間周波数領域に変換する。そして、計測もしくは推定により、屈折率構造関数から導出される数値（定数）が与える空間周波数領域における強度と位相特性の統計的な性質に合わせるように操作して、逆フーリエ変換する。これにより、動的にそれぞれのビームに対する波面制御器２４Ｌ，２４Ｒの２次元的配列を与えることができる。
【0027】
半波長板２５Ｌ，２５Ｒは、入射光の２つの垂直偏光成分間にπ（＝λ／２）の位相差を与える波長板である。ここで波面制御器２４Ｌ，２４Ｒと半波長板２５Ｌ，２５Ｒの組み合わせは、各レーザビームに、それぞれ空間的に異なる位相変調を行う光位相変調器に相当する。
鏡２６は、入射光を反射する。偏光ビームスプリッタ２７は、直角プリズムを合わせたキューブタイプであり、入射した２つの偏光を合波する合波器に相当する。
鏡２６は、入射光を反射する。偏光ビームスプリッタ２７は、直角プリズムを合わせたキューブタイプであり、入射した２つの偏光を合波する合波器に相当する。
【0028】
レーザダイオード２０から出射されたレーザビームは、入力信号に応じて変調されており、偏光制御器２２により偏光４Ｌと偏光４Ｒに分波される。偏光４Ｌは、レンズ２３Ｌで光の拡がり角が調整されたのち、波面制御器２４Ｌの波面操作により空間的に光位相が変調され、半波長板２５Ｌにより垂直偏光成分間にπの位相差が与えられる。そして、偏光４Ｌは、鏡２６で反射されて偏光ビームスプリッタ２７に入射する。
【0029】
偏光４Ｒは、レンズ２３Ｒで光の拡がり角が調整されたのち、半波長板２５Ｒにより垂直偏光成分間にπの位相差が与えられ、波面制御器２４Ｒの波面操作により空間的に光位相が変調される。そして偏光４Ｒは、偏光ビームスプリッタ２７に入射する。
【0030】
偏光ビームスプリッタ２７に入射した偏光４Ｌと偏光４Ｒは、合波して同一方向に同時に送出される。これにより光送信器２Ａは、異なる波面をもつ２つのレーザビームに信号を重畳して、同一経路で同時に伝送することができる。
【0031】
図５を参照して、第２実施形態の光送信器２Ｂを説明する。なお、第２実施形態から第１１実施形態において、既に説明した構成は、説明を省略するか、あるいは説明を簡略する。第２実施形態の光送信器２Ｂは、第１実施形態と同様な構成に加えて更に、信号変調器２１を備えている。信号変調器２１は、入力された信号に応じて入射光の強度を変調するものである。なお、光送信器２Ｂは、偏光ビームスプリッタ２７が合波した単一のレーザビームを照射対象物に送出する光学系を備えているが、ここでは記載を省略している。
【0032】
レーザダイオード２０から出射されたレーザビームは、信号変調器２１にて変調されたのち、偏光制御器２２により偏光４Ｌと偏光４Ｒに分波される。これ以降の動作は、第１実施形態と同様である。
第２実施形態の光送信器２Ｂは、信号変調器２１を備える空間光通信送信装置である。
第２実施形態の光送信器２Ｂは、信号変調器２１を備える空間光通信送信装置である。
【0033】
図６を参照して、第３実施形態の光送信器２Ｃを説明する。第３実施形態の光送信器２Ｃは、第１実施形態と同様な構成に加えて更に、信号変調器２１Ｌ，２１Ｒとを備え、偏光制御器２２の代わりに分波器２２１及び遅延器２８とを備え、かつ半波長板２５Ｌ，２５Ｒを備えていない。分波器２２１は、１本のレーザビームを２本に分波するものである。遅延器２８は、分波器２２１において分波されたレーザビーム４１Ｂを遅延させ、レーザビーム４１Ａとお互いにインコヒーレントにするものである。信号変調器２１Ｌ，２１Ｒは、入力された信号に応じて入射光の強度を変調するものである。なお、光送信器２Ｃは、偏光ビームスプリッタ２７が合波した単一のレーザビームを照射対象物に送出する光学系を備えているが、ここでは記載を省略している。
【0034】
ここでレーザダイオード２０と分波器２２１と、分波器２２１が分波したレーザビーム４１Ｂを遅延させる遅延器２８は、お互いにインコヒーレントなレーザビームを複数発生するレーザビーム発生手段に相当する。第３実施形態の光送信器２Ｃは、信号変調器２１Ｌ，２１Ｒを備える空間光通信送信装置である。
【0035】
レーザダイオード２０から出射されたレーザビームは、分波器２２１によりレーザビーム４１Ａ，４１Ｂに分波される。レーザビーム４１Ａは、信号変調器２１Ｌで変調され、レンズ２３Ｌに入射して光の拡がり角が調整されたのち、透過型の波面制御器２４Ｌの波面操作により空間的に光位相が変調される。そしてレーザビーム４１Ａは、鏡２６で反射されて偏光ビームスプリッタ２７に入射する。
【0036】
レーザビーム４１Ｂは、遅延器２８で遅延させられ、信号変調器２１Ｒで変調されると、レンズ２３Ｒに入射する。レーザビーム４１Ｂは、レンズ２３Ｒで光の拡がり角が調整されたのち、透過型の波面制御器２４Ｒの波面操作により空間的に光位相が変調される。そしてレーザビーム４１Ｂは、偏光ビームスプリッタ２７に入射する。
【0037】
偏光ビームスプリッタ２７に入射したレーザビーム４１Ａ，４１Ｂは、合波して同一方向に同時に送出される。これにより光送信器２Ｃは、異なる波面をもつ２つのレーザビームに信号を重畳して、同一経路で同時に伝送することができる。光送信器２Ｃは、信号変調器２１Ｌ，２１Ｒを備える空間光通信送信装置である。
【0038】
図７を参照して、第４実施形態の光送信器２Ｄを説明する。第４実施形態の光送信器２Ｄは、第１実施形態の透過型の波面制御器２４Ｌ，２４Ｒに代えて、反射型波面制御器２４を備えている。反射型波面制御器２４は、入射光を反射する反射型であると共に、異なる偏光をもつ偏光４Ｌ，４Ｒにより同時に異なる波面操作により空間的に光位相を変調させる空間光位相変調器である。なお、光送信器２Ｄは、偏光ビームスプリッタ２７が合波した単一のレーザビームを照射対象物に送出する光学系を備えているが、ここでは記載を省略している。空間的位相変調器である反射型波面制御器２４は、例えば所定の広さを有する液晶パネルである。反射型波面制御器２４を構成する液晶パネルのなかで偏光４Ｌが照射する領域と偏光４Ｒが照射する領域を異らせることにより、それぞれの照射領域が異なる位相変調を与えることができる。
【0039】
なお、反射型波面制御器２４は、上下に分かれ、かつ上下で別々の位相変調がなされていてもよい。これら上下の領域にそれぞれ偏光４Ｌと偏光４Ｒを照射することで、同時に異なる波面操作を行い、空間的に光位相を変調させることができる。
【0040】
また、第４実施形態の反射型波面制御器２４は、特定の偏光方向にのみ位相変調させる。そのため、偏光の方向を制御する半波長板２５Ｌ，２５Ｒを光路に挿入して、反射型波面制御器２４と組み合わせている。しかし、これに限られず、異なる偏光を持つビームに対して同時に別々の空間的位相変調ができるデバイスを採用してもよい。
【0041】
ここでレーザダイオード２０と偏光制御器２２の組み合わせは、お互いにインコヒーレントなレーザビームを複数発生するレーザビーム発生手段に相当する。レーザダイオード２０と偏光制御器２２の組み合わせは、同一の送信信号を変調した偏光４Ｌ，４Ｒを発生する。第４実施形態の光送信器２Ｄは、レーザダイオード２０と偏光制御器２２の組み合わせにより、送信信号を変調したレーザビームを複数発生する空間光通信送信装置である。
【0042】
レーザダイオード２０から出射されたレーザビームは、入力信号に応じて変調されており、偏光制御器２２により偏光４Ｌと偏光４Ｒに分波される。偏光４Ｌは、レンズ２３Ｌで光の拡がり角が調整されたのち、反射型波面制御器２４で反射される。偏光４Ｌは、反射型波面制御器２４の波面操作により空間的に光位相が変調され、半波長板２５Ｌにより垂直偏光成分間にπの位相差が与えられる。そして偏光４Ｌは、偏光ビームスプリッタ２７に入射する。
【0043】
偏光４Ｒは、レンズ２３Ｒで光の拡がり角が調整されたのち、半波長板２５Ｒにより垂直偏光成分間にπの位相差が与えられ、反射型波面制御器２４で反射される。偏光４Ｒは、反射型波面制御器２４の波面操作により空間的に光位相が変調される。そして偏光４Ｒは、鏡２６で反射されて偏光ビームスプリッタ２７に入射する。
【0044】
偏光ビームスプリッタ２７に入射した偏光４Ｌと偏光４Ｒは、合波して同一方向に同時に送出される。これにより光送信器２Ｄは、異なる波面をもつ２つのレーザビームに信号を重畳して、同一経路で同時に伝送することができる。
【0045】
図８を参照して、第５実施形態の光送信器２Ｅを説明する。第５実施形態の光送信器２Ｅは、第４実施形態と同様な構成に加えて更に、信号変調器２１を備えている。信号変調器２１は、入力された信号に応じて入射光の強度を変調するものである。なお、光送信器２Ｅは、偏光ビームスプリッタ２７が合波した単一のレーザビームを照射対象物に送出する光学系を備えているが、ここでは記載を省略している。
【0046】
レーザダイオード２０から出射されたレーザビームは、信号変調器２１にて変調されたのち、偏光制御器２２により偏光４Ｌと偏光４Ｒに分波される。これ以降の動作は、第４実施形態と同様である。第５実施形態の光送信器２Ｅは、信号変調器２１を備える空間光通信送信装置である。
【0047】
図９を参照して、第６実施形態の光送信器２Ｆを説明する。第６実施形態の光送信器２Ｆは、第４実施形態と同様な構成に加えて更に、信号変調器２１Ｌ，２１Ｒとを備え、偏光制御器２２の代わりに分波器２２１及び遅延器２８とを備え、かつ半波長板２５Ｌ，２５Ｒを備えていない。分波器２２１は、１本のレーザビームを２本に分波するものである。遅延器２８は、分波器２２１において分波されたレーザビーム４１Ｂを遅延させ、レーザビーム４１Ａとお互いにインコヒーレントにするものである。
信号変調器２１Ｌ，２１Ｒは、入力された信号に応じて入射光の強度を変調するものであり、ここでは同一の送信信号を変調している。なお、光送信器２Ｆは、偏光ビームスプリッタ２７が合波した単一のレーザビームを照射対象物に送出する光学系を備えているが、ここでは記載を省略している。
ここでレーザダイオード２０と分波器２２１と、分波器２２１が分波したレーザビーム４１Ｂを遅延させる遅延器２８は、お互いにインコヒーレントなレーザビームを複数発生するレーザビーム発生手段に相当する。
信号変調器２１Ｌ，２１Ｒは、入力された信号に応じて入射光の強度を変調するものであり、ここでは同一の送信信号を変調している。なお、光送信器２Ｆは、偏光ビームスプリッタ２７が合波した単一のレーザビームを照射対象物に送出する光学系を備えているが、ここでは記載を省略している。
ここでレーザダイオード２０と分波器２２１と、分波器２２１が分波したレーザビーム４１Ｂを遅延させる遅延器２８は、お互いにインコヒーレントなレーザビームを複数発生するレーザビーム発生手段に相当する。
【0048】
レーザダイオード２０から出射されたレーザビームは、分波器２２１によりレーザビーム４１Ａ，４１Ｂに分波される。レーザビーム４１Ａは、信号変調器２１Ｌで変調され、レンズ２３Ｌで光の拡がり角が調整されたのち、反射型波面制御器２４で反射される。レーザビーム４１Ａは、反射型波面制御器２４の波面操作により空間的に光位相が変調されると、偏光ビームスプリッタ２７に入射する。
【0049】
レーザビーム４１Ｂは、遅延器２８で遅延させられ、信号変調器２１Ｒで変調されると、レンズ２３Ｒに入射する。レーザビーム４１Ｂは、レンズ２３Ｒで光の拡がり角が調整されたのち、反射型波面制御器２４で反射され、かつ反射型波面制御器２４の波面操作により空間的に光位相が変調される。そしてレーザビーム４１Ｂは、鏡２６で反射されて偏光ビームスプリッタ２７に入射する。
【0050】
偏光ビームスプリッタ２７に入射したレーザビーム４１Ａ，４１Ｂは、合波して同一方向に同時に送出される。これにより光送信器２Ｆは、異なる波面をもつ２つのレーザビームに信号を重畳して、同一経路で同時に伝送することができる。光送信器２Ｆは、信号変調器２１Ｌ，２１Ｒを備える空間光通信送信装置である。
【0051】
図１０を参照して、第７実施形態の光送信器２Ｇを説明する。第７実施形態の光送信器２Ｇは、第１実施形態の光送信器２Ａに相当するものが２台と、鏡２６３と、偏光ビームスプリッタ２７３とを備えている。これら２台の光送信器２Ａのレーザダイオード２０は、同一の送信信号を変調した２つのレーザビームを発生する。なお、光送信器２Ｇは、偏光ビームスプリッタ２７３が合波した単一のレーザビームを照射対象物に送出する光学系を備えているが、ここでは記載を省略している。
【0052】
上側の光送信器２Ａから送出されたレーザビームは、偏光ビームスプリッタ２７３に入射する。下側の光送信器２Ａから送出されたレーザビームは、鏡２６３で反射されたのちに偏光ビームスプリッタ２７３に入射する。
【0053】
偏光ビームスプリッタ２７３に入射した４つの異なるレーザビームは、合波して同一方向に同時に送出される。これにより光送信器２Ｆは、異なる波面をもつ４つのレーザビームに信号を重畳して、同一経路で同時に伝送することができる。
第７実施形態の光送信器２Ｇは、レーザダイオード２０と偏光制御器２２の組み合わせにより、送信信号を変調したレーザビームを複数発生する空間光通信送信装置である。
第７実施形態の光送信器２Ｇは、レーザダイオード２０と偏光制御器２２の組み合わせにより、送信信号を変調したレーザビームを複数発生する空間光通信送信装置である。
【0054】
図１１を参照して、第８実施形態の光送信器２Ｈを説明する。第８実施形態の光送信器２Ｈは、第２実施形態の光送信器２Ｂに相当するものが２台と、鏡２６３と、偏光ビームスプリッタ２７３とを備えている。これら２台の光送信器２Ｂは、レーザダイオード２０が発生した各前記レーザビームに同一の送信信号を変調する信号変調器２１をそれぞれ備える。なお、光送信器２Ｈは、偏光ビームスプリッタ２７３が合波した単一のレーザビームを照射対象物に送出する光学系を備えているが、ここでは記載を省略している。
【0055】
上側の光送信器２Ｂから送出されたレーザビームは、偏光ビームスプリッタ２７３に入射する。下側の光送信器２Ｂから送出されたレーザビームは、鏡２６３で反射されたのちに偏光ビームスプリッタ２７３に入射する。
【0056】
偏光ビームスプリッタ２７３に入射した４つの異なるレーザビームは、合波して同一方向に同時に送出される。これにより光送信器２Ｇは、異なる波面をもつ４つのレーザビームに信号を重畳して、同一経路で同時に伝送することができる。第８実施形態の光送信器２Ｇは、信号変調器２１を備える空間光通信送信装置である。
【0057】
図１２を参照して、第９実施形態の光送信器２Ｉを説明する。第７実施形態の光送信器２は、第４実施形態の光送信器２Ｄに相当するものが２台と、鏡２６３と、偏光ビームスプリッタ２７３とを備えている。これら２台の光送信器２Ｄのレーザダイオード２０は、同一の送信信号を変調した２つのレーザビームを発生する。なお、光送信器２Ｉは、偏光ビームスプリッタ２７３が合波した単一のレーザビームを照射対象物に送出する光学系を備えているが、ここでは記載を省略している。
【0058】
上側の光送信器２Ｄから送出されたレーザビームは、偏光ビームスプリッタ２７３に入射する。下側の光送信器２Ｄから送出されたレーザビームは、鏡２６３で反射されたのちに偏光ビームスプリッタ２７３に入射する。
【0059】
偏光ビームスプリッタ２７３に入射した４つの異なるレーザビームは、合波して同一方向に同時に送出される。これにより光送信器２Ｉは、異なる波面をもつ４つのレーザビームに信号を重畳して、同一経路で同時に伝送することができる。
第９実施形態の光送信器２Ｉは、２台の光送信器２Ｄのレーザダイオード２０によって同一の送信信号を変調したレーザビームを複数発生する空間光通信送信装置である。
第９実施形態の光送信器２Ｉは、２台の光送信器２Ｄのレーザダイオード２０によって同一の送信信号を変調したレーザビームを複数発生する空間光通信送信装置である。
【0060】
図１３を参照して、第１０実施形態の光送信器２Ｊを説明する。第１０実施形態の光送信器２Ｊは、第５実施形態の光送信器２Ｅに相当するものが２台と、鏡２６３と、偏光ビームスプリッタ２７３とを備えている。これら２台の光送信器２Ｅのレーザダイオード２０は、同一の送信信号を変調した２つのレーザビームを発生する。なお、光送信器２Ｊは、偏光ビームスプリッタ２７３が合波した単一のレーザビームを照射対象物に送出する光学系を備えているが、ここでは記載を省略している。
【0061】
上側の光送信器２Ｅから送出されたレーザビームは、偏光ビームスプリッタ２７３に入射する。下側の光送信器２Ｅから送出されたレーザビームは、鏡２６３で反射されたのちに偏光ビームスプリッタ２７３に入射する。
【0062】
偏光ビームスプリッタ２７３に入射した４つの異なるレーザビームは、合波して同一方向に同時に送出される。これにより光送信器２Ｊは、異なる波面をもつ４つのレーザビームに信号を重畳して、同一経路で同時に伝送することができる。第１０実施形態の光送信器２Ｊは、信号変調器２１を備える空間光通信送信装置である。
【0063】
図１４を参照して、第１１実施形態の光送信器２Ｋを説明する。第１１実施形態の光送信器２Ｋは、複数のレーザダイオード２０ａ～２０ｎと、複数の信号変調器２１ａ～２１ｎと、空間的位相変調部２９と、合波器６３と、光学系３とを備えている。空間的位相変調部２９は、複数の空間的位相変調器２９２ａ～２９２ｎと、これらを制御する空間的位相変調制御部２９１とを含んで構成される。
【0064】
光伝搬特性を考えて伝送光の電力をできるだけ効率的に受信側に伝えるため、第１１実施形態の光送信器２Ｋは、位相変調を、計測または推定により、屈折率構造関数から導かれた数値（定数）によって示される統計的な性質に従うようにランダムな位相変調を動的に行う。計測または推定により、屈折率構造関数から数値を導く方法は、例えば以下文献に記載されている。
”移動体に対する光空間伝送実現に向けた大気揺らぎの計測技術”レーザ研究第47巻第12号p.688-692(2019)
なお、単に相互に空間的にランダムな位相変調にしても、光伝搬特性を考えると伝送光の電力効率的は落ちるが、同様の効果が得られる。
”移動体に対する光空間伝送実現に向けた大気揺らぎの計測技術”レーザ研究第47巻第12号p.688-692(2019)
なお、単に相互に空間的にランダムな位相変調にしても、光伝搬特性を考えると伝送光の電力効率的は落ちるが、同様の効果が得られる。
【0065】
以下に、第１１実施形態の光送信器２Ｋの動作を説明する。複数のレーザダイオード２０ａ～２０ｎは、同一の送信信号を変調したお互いにインコヒーレントな複数のレーザビームを発生する。複数の信号変調器２１ａ～２１ｎは、各レーザビームに同一の送信信号を変調する。複数の空間的位相変調器２９２ａ～２９２ｎは、計測または推定した屈折率構造関数によって示される統計的な性質に従うように、ランダムな位相変調を動的に行う。つまり空間的位相変調制御部２９１は、複数の信号変調器２１ａ～２１ｎを制御して、計測または推定した屈折率構造関数によって示される統計的な性質に従うように、ランダムな位相変調を動的に行わせる。この動作について、図１５のフローチャートを参照して説明する。
【0066】
空間的位相変調制御部２９１は、最初、屈折率構造関数により導かれた数値の入力を受け付ける（ステップＳ３０）。そして、空間的位相変調制御部２９１は、空間的位相変調部の二次元的配列に従い、各レーザビームに異なる乱数を対応させる（ステップＳ３１）。
【0067】
空間的位相変調制御部２９１は、各レーザビームに対応させた乱数を、二次元的フーリエ変換により空間周波数領域に変換する（ステップＳ３２）。そして、空間的位相変調制御部２９１は、変換した空間周波数領域のデータを、入力した屈折率構造関数が与える空間周波数領域における強度と位相特性の統計的な性質に合わせるように演算する（ステップＳ３３）。この演算は、以下の文献に記載されている。
D. L. Fried, "Statistics of a geometric representation of wavefront distortion," Jourlanl of Optical Society of America, 55, 11, pp.1427-1435 (1965)
D. L. Fried, "Statistics of a geometric representation of wavefront distortion," Jourlanl of Optical Society of America, 55, 11, pp.1427-1435 (1965)
【0068】
空間的位相変調制御部２９１は、演算した空間周波数領域のデータを、逆フーリエ変換して、実空間のそれぞれ異なる二次元データに戻す（ステップＳ３４）。更に空間的位相変調制御部２９１は、実空間のそれぞれ異なる二次元データを、各レーザビームに対する空間的位相変調器の変調データとすると（ステップＳ３５）、図１５の処理を終了する。
【0069】
《光の伝搬シミュレーション》
図１６と図１７に基づいて、レーザビームが1本の場合の光の伝搬シミュレーションについて説明する。伝送系の光送信器２から受光系の光受信器５までの間には、大気が存在する。ここでは、伝送系の光送信器２から受光系の光受信器５までの間を適切な距離で分けて小領域８１ａ～８１ｃとし、光の伝搬について逐次計算する。なお、小領域８１ｂ，８１ｃのマークは、大気による光の散乱などが発生していることを示している。
図１６と図１７に基づいて、レーザビームが1本の場合の光の伝搬シミュレーションについて説明する。伝送系の光送信器２から受光系の光受信器５までの間には、大気が存在する。ここでは、伝送系の光送信器２から受光系の光受信器５までの間を適切な距離で分けて小領域８１ａ～８１ｃとし、光の伝搬について逐次計算する。なお、小領域８１ｂ，８１ｃのマークは、大気による光の散乱などが発生していることを示している。
【0070】
ここで発明者は、本来は連続量である空間を、計算機で処理するために離散化している。発明者は、光が回折する角度、回折した光が伝搬後に照射する領域の寸法などの諸条件に基づき、離散化の距離の上限値を求めた。そして発明者は、上限値未満の所定距離を選択して計算領域を設定し、シミュレーションを実行している。
【0071】
図１７に基づいて小領域８１ａの計算について説明する。光の伝搬シミュレーションでは、この小領域８１ａを、入力面と出力面と、それらを繋ぐ中間領域の波面とに分けて計算する。このときコンピュータは、光軸をＺ、重力の逆方向をＹ、水平方向をＸとして、フラウンホーファー回折を計算する。
【0072】
ここでコンピュータは、波面の統計的な性質が屈折率構造関数によって示される統計的な性質に従うように計算する。コンピュータは、波面を二次元配列で構成し、配列の各要素に計算機で発生させた乱数を対応させる。コンピュータは、乱数で構成した二次元配列を二次元フーリエ変換し、空間周波数領域にて演算を実行する。コンピュータは、算出された空間周波数分布を逆フーリエ変換することで、波面の形状が得られる。
小領域８１ａの計算が終了すると、次の小領域８１ｂについて計算する。なお、小領域８１ａの出力面は、小領域８１ｂの入力面となる。
小領域８１ａの計算が終了すると、次の小領域８１ｂについて計算する。なお、小領域８１ａの出力面は、小領域８１ｂの入力面となる。
【0073】
図１８に、各距離における計算例を示す。ここでは伝送系からの距離に応じた光の伝搬をシミュレーションしており、距離が離れるほどレーザビームが拡がってゆくことがわかる。ここでは伝送系の開口に、直径5cmのガウスビームのビームウェストがある場合を仮定している。そのため、開口での波面は、平面として計算している。ここでは伝搬距離、伝送する光の直径を5cm、開口1.5μmとし、大気の影響である屈折率構造関数Cnの二乗を10の-14乗として計算する。屈折率構造関数Cnは、大気中の屈折率の変化（＝乱流）の大きさを定めるもので、値が大きくなると受信光の揺らぎは大きくなる。
【0074】
構造関数は、ランダムな量の特性を示す指標の一つで、二点間の量の差分の二乗の平均値として与えられる。この二点とは、対象とするランダムな量の性質に応じて、時間や位置（距離）で指定される。大気中の二点での温度の差分の二乗平均値には、二点間の距離の2/3乗に比例することが知られている。その比例係数をCTの二乗とした場合、距離の2/3乗の次元を有する。大気の屈折率の変化は、大気の温度に反比例する。このため、大気中の二点間の屈折率の差分の二乗平均値は、温度の差分の二乗平均値と同様に、二点間の距離の2/3乗に比例する。この比例係数をCnの二乗と表した場合、Cnの二乗は距離の2/3乗の次元を有する。
【0075】
なお、レーザビームが1本の場合の光の伝搬シミュレーションについては、以下の文献を参考にされたい。
今城勝治他、「大気擾乱中のレーザ光伝播シミュレータの開発」、第25回レーザセンシングシンポジウム予稿集、P159-160、（2007)
今城勝治他、「大気擾乱中のレーザ光伝播シミュレータの開発」、第25回レーザセンシングシンポジウム予稿集、P159-160、（2007)
【0076】
図１９Ａと図１９Ｂを参照して、レーザビームが1本の場合の光の伝搬シミュレーションに基づいた、本発明であるお互いにインコヒーレントな複数のレーザビームに異なる空間的光位相変調を施し合波して伝送する場合の光の伝搬シミュレーションを示すフローチャートを説明する。この光の伝搬シミュレーションの処理は、コンピュータによって実施可能である。
最初、コンピュータに、計算条件として、計算条件としてビーム数、波長（1.5μm）、伝搬距離（1km）、初期の光の波面の形状（ウエストビームが5cmのガウシアン分布）、大気の影響である屈折率構造関数、および伝送領域を分割する小領域の長さを設定する（ステップＳ１０）。これによりコンピュータは、以下のシミュレーションが実施可能となる。なお、ここで設定する値は上記のものに限定されない。
最初、コンピュータに、計算条件として、計算条件としてビーム数、波長（1.5μm）、伝搬距離（1km）、初期の光の波面の形状（ウエストビームが5cmのガウシアン分布）、大気の影響である屈折率構造関数、および伝送領域を分割する小領域の長さを設定する（ステップＳ１０）。これによりコンピュータは、以下のシミュレーションが実施可能となる。なお、ここで設定する値は上記のものに限定されない。
【0077】
ステップＳ１１からＳ１９に掛けて、コンピュータは、全てのビームついて受光波面の計算を繰り返す。
コンピュータは、この伝送ビームの波面を二次元配列で構成して、その配列に異なる乱数を対応させて初期の光の波面の形状に重畳し、ビーム毎に異なる伝送系の出力波面の形状を与える（ステップＳ１２）。そしてコンピュータは、屈折率構造関数から大気が光波面に与える位相変化を算出する（ステップＳ１３）。
コンピュータは、この伝送ビームの波面を二次元配列で構成して、その配列に異なる乱数を対応させて初期の光の波面の形状に重畳し、ビーム毎に異なる伝送系の出力波面の形状を与える（ステップＳ１２）。そしてコンピュータは、屈折率構造関数から大気が光波面に与える位相変化を算出する（ステップＳ１３）。
【0078】
ステップＳ１４からＳ１９は、当該ビームでの全ての小領域の計算の繰り返しである。コンピュータは、当該ビームに対して当該小領域に伝送する光の波面に位相変化分を加える（ステップＳ１４）。コンピュータは、二次元配列にランダムな数値を発生させて、その統計的な性質が屈折率構造関数によって示される統計的な性質と同等になるように、ランダムな数値による二次元配列の二次元周波数領域の演算を実施する。
【0079】
コンピュータは、当該小領域の光の伝搬をフラウンホーファー回折によって求める（ステップＳ１５）。
【0080】
そしてコンピュータは、全ての小領域の計算が終了したか否かを判定する（ステップＳ１６）。コンピュータは、全ての小領域の計算が終了したならば（Ｙｅｓ）、図１９ＢのステップＳ１８に進む。コンピュータは、全ての小領域の計算が終了していないならば（Ｎｏ）、当該小領域の出力波面形状を次の小領域の入力波面とすると（ステップＳ１７）、ステップＳ１４に戻る。
【0081】
ステップＳ１８にて、コンピュータは、当該ビームの受光波面形状を保存する。ステップＳ１９にて、コンピュータは、全てのビームついて受光波面の計算を繰り返したか否かを判定する。コンピュータは、未だ受光波面の計算をしていないビームが有ったならば、ステップＳ１１に戻る。
【0082】
コンピュータは、全てのビームついて受光波面の計算を繰り返したならば、ステップＳ２０に進み、保存された各ビームの受光面での振幅と位相から各ビームの受光面での強度分布を算出する。コンピュータは、各ビームの受光面での強度分布を重ね合わせて、全てのビームを重ね合わせたときの受光面での強度分布を求める（ステップＳ２１）。そして、コンピュータは、受光面での波形形状の平均値と分散値を求めて、全てのビームを重ね合わせたときの強度の確率密度分布を求めると（ステップＳ２２）、図１９Ｂの処理を終了する。
【0083】
図２のグラフは、図１９Ａと図１９Ｂに示したフローチャートに従い、波長（1.5μm）、伝搬距離（1km）、初期の光の波面の形状（ウエストビームが5cmのガウシアン分布）、大気の影響である屈折率構造関数（Cn2=10-14[m-2/3]）の条件で計算した、各ビーム数に対する本発明の光受信器における受光強度の確率密度分布のシミュレーション結果である。グラフの縦軸は正規化した確率密度分布を示し、横軸は輝度を示している。グラフの実線は、４ビームの場合の確率密度分布を示している。グラフの破線は、２ビームの場合の確率密度分布を示している。グラフの一点鎖線は、１ビームの場合の確率密度分布を示している。
【0084】
《変形例》
本発明は、上記実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、変更実施が可能であり、例えば、次の（ａ）～（ｄ）のようなものがある。
（ａ） 光送信器の組み合わせは第６実施形態から第１０実施形態に限られず、任意の形式の光送信器を組み合わせてもよく、限定されない。
本発明は、上記実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、変更実施が可能であり、例えば、次の（ａ）～（ｄ）のようなものがある。
（ａ） 光送信器の組み合わせは第６実施形態から第１０実施形態に限られず、任意の形式の光送信器を組み合わせてもよく、限定されない。
【0085】
（ｂ） レーザビームを発生される手段は、レーザダイオードに限定されず、気体レーザ、固体レーザ、液体レーザの媒質を用いてもよい。また、励起源として放電、フラッシュランプや化学反応を用いてもよい。
【0086】
（ｃ） 複数のレーザビームを単一のレーザビームに合波する合波器は、偏光ビームスプリッタに限定されない。
（ｄ） 光送信器は、信号が重畳されていなレーザビームを送出してもよい。これにより、例えば人工衛星に搭載の光送信器から送出された光によって、この人工衛星を追尾することができる。
（ｄ） 光送信器は、信号が重畳されていなレーザビームを送出してもよい。これにより、例えば人工衛星に搭載の光送信器から送出された光によって、この人工衛星を追尾することができる。
【符号の説明】
【0087】
２，２Ａ～２Ｋ，２Ｌ，２Ｒ 光送信器
２０ レーザダイオード （レーザビーム発生手段）
２１，２１Ｌ，２１Ｒ 信号変調器
２２ 偏光制御器 （分波器）
２３Ｌ，２３Ｒ レンズ （光学系）
２４Ｌ，２４Ｒ 波面制御器 （光位相変調器）
２４ 反射型波面制御器 （光位相変調器）
２５Ｌ，２５Ｒ 半波長板 （偏光手段）
２６，２６３ 鏡
２７，２７３ 偏光ビームスプリッタ （合波器）
２８ 遅延器 （光位相変調器）
３ 光学系
４Ｌ，４Ｒ 偏光
４１Ａ，４１Ｂ レーザビーム
５ 光受信器
６１，６１１，６１２ レーザビーム
６２１，６２２ 波面制御器
６３ 合波器
７１ レーザビーム
８ 有効領域
８１ａ～８１ｃ 小領域
２０ レーザダイオード （レーザビーム発生手段）
２１，２１Ｌ，２１Ｒ 信号変調器
２２ 偏光制御器 （分波器）
２３Ｌ，２３Ｒ レンズ （光学系）
２４Ｌ，２４Ｒ 波面制御器 （光位相変調器）
２４ 反射型波面制御器 （光位相変調器）
２５Ｌ，２５Ｒ 半波長板 （偏光手段）
２６，２６３ 鏡
２７，２７３ 偏光ビームスプリッタ （合波器）
２８ 遅延器 （光位相変調器）
３ 光学系
４Ｌ，４Ｒ 偏光
４１Ａ，４１Ｂ レーザビーム
５ 光受信器
６１，６１１，６１２ レーザビーム
６２１，６２２ 波面制御器
６３ 合波器
７１ レーザビーム
８ 有効領域
８１ａ～８１ｃ 小領域
【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】
【図18】
【図19A】
【図19B】
【図20】
【図21】
【図22】
