JPS5826219B2 - ヒカリツウシンソウチ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、音響光学フィルターを用いた光通信装置に関
するもので光の波長毎に色分離された複数の光束線を利
用して、音声、映像、計算機情報などを多重伝送するこ
とを目的とする。

光線を電波と同様の信号伝送媒体として利用しようとす
る考え方は古くからあり、赤外線通信などで早くから注
目されてきた。

近年では、レーザの出現により、大量の情報を遠距離ま
で伝送する可能性が高まり、音声をはじめ、ＴＶ映像の
多重伝送も、実験室から実用段階へと進みつ＼ある。

レーザによる伝送ではレーザのもつ指向性とコヒーレン
トな性質の活用が注目されてきたが、残念ながら後者の
性質は十分生かしつる技術レベルに達していないのが現
状である。

すなわち、電波と同様に光自身を搬送波として使用でき
るならば、マイクロ波の周波数が二１０９Ｈｚのオーダ
ーであるのに対し光は：：１０１４Ｈｚのオーダーであ
るから、その帯域幅の利用ははかり知れないであろう。

しかしながら、現状はこれが困難であるためにレーザ光
の光ビーム自体の幾何光学的な特性しか利用されていな
い。

このため、レーザ光は元来単色光であるため、電気的に
これを変調する手段の性能によって、１本のレーザ光に
担わせつる情報量が決定されている。

したがってより多くの情報を伝送したい場合には、たと
えば複数本のレーザ光を用いるか、白色光源のようなも
のを波長の異なる複数のビームに分割してそれぞれに異
なる信号を乗せるとかの方法が考えられるが、この場合
、光ビームを分離する電気的な手段が問題となる。

レーザ光以外の光では、たとえば発光ダイオードを利用
した通信装置がある。

ＧａＡｓあるいはＧａＰなどの素子を用いて、素子自体
の電流を直接変調するもので、光学系としてはパラボラ
形の反射鏡が用いられる。

これは、素子自体の発光エネルギーが弱いために近距離
通信に向くが、装置が簡易であるため、特殊な条件での
通信手段として注目に値する。

以上の具体例の一例を第１図に示す。

第１図ａはレーザ光線を用いた通信装置の例で、１００
はレーザ光源（たとえばＨｅ−Ｎｅレーザ）、１０１は
レンズ系、１０２は光変調器（たとえばＬ ｉ Ｎｂ
０３Ｙ板とガラスを用いた音響光学光変調器）、１０３
は送信光学系、１０４は送信信号源、１０５は電気的な
変調装置、１０６は大気中の光伝送路、１０７は受信光
学系、１０８は受光素子（たとえば光電管）、１０９は
復調装置、１１０は再生された受信信号である。

レーザ光源１００の出力ビームは光変調器１０２を通過
するときに、変調装置１０５の電気出力によって光変調
を受ける。

変調装置１０５の出力として、信号源１０４にＡＭある
いはＦＭ変調を施こした変調信号を供給すれば、送信光
学系１０３を経て光伝送路１０６中に放出される光ビー
ムは信号源１０４の情報を搬送することとなる。

受信点においては受信光学系１０７（たとえばパラボラ
形凹面鏡）で受光したのち受光素子１０８で光電変換を
殊い復調装置１０９で検波して元の信号を再生する。

第１図すは、発光ダイオードによる通信装置の例で１１
１は送信信号源、１１２は変調装置、１１３は発光ダイ
オード（たとえばＧａＡｓ）、１１４は送信光学系、１
１５は光伝送路、１１６は受信光学系、１１Ｔは受光ダ
イオード、１１８は復調装置、１１９は再生された受信
４号である。

この例では、光源１１３が変調装置１１２の出力で電気
的に直接光変調されて伝送され、受信点では送信系と全
く同一の構造をもつ光学系１１６と受光ダイオード１１
７が用いられる点がａの場合と異なっている。

上記例は、いずれも光としては単一波長の単一ビームを
用いた通信形態である。

これに対し、たとえば通常の白色光源のようなインコヒ
ーレント光を利用する場合は、光をマルチスペクトルに
分割して多重利用することが考えられる。

しかし光が弱くなるため伝送路が問題となる。

光伝送路については、近年、損失の少い良質の光学ファ
イバーや収束性光学ファイバーの開発が進んでおり、伝
送ケーブルとしてかなり微弱な光でも遠距離伝送が可能
となりつつある。

したがって、このような光ケーブルを利用すれば、上の
インコヒーレント光による信号伝送が可能である。

本発明は以上の観点に立ち、光の波長分解を音響光学フ
ィルタを利用して電気的に高速で行うことにより、多重
通信を行う新しい通信システムを提供するものである。

以下具体例をもとに本発明の詳細な説明する。

第２図は、音響光学フィルターを用いた通信装置の一実
施例である。

第２図において、２００はブロードなスペクトルを含む
光源、２０１はコリメート用のレンズ系、２０２はコリ
メートされた入力光線、２０３は音響光学フィルター、
２０４は回折光、２０５は非回折透過光、２０６は集光
レンズ系、２０７は光学ファイバー光伝送線路、２０８
は伝送すべき送信々号源群、２０９はマルチプレクサ、
２１０は増幅器、２１１は超音波変調装置、２１２は掃
引信号発生器、２１３は同期信号発生器であり、以上が
送信側の構成である。

一方、２１４〜２２５は受信側を示し、２１４はコリメ
ート用レンズ系、２１６はコリメートされた受信光線、
２１１は回折光、２１８は集光レンズ系、２１９は光電
変換器、２２０は増幅器、２２１は超音波信号発生装置
、２２２は掃引信号発生器、２２３は同期信号発生器、
２２４はデマルチプレクサ、２２５はろ波回路群、２２
６は再生された受信々号群である。

光源２００は、たとえば第３図ｅに示されるような波長
λに対し強度上がある波長領域にわたって幅広い分光分
布特性をもつものとする。

このような光線２０２を音響光学フィルタ２０３内に入
射せしめ、超音波トランスデユーサを介してフィルタ媒
体中にたとえば、第３図すに示されるような時間ｔと共
に周波数ｆが変化する超音波を伝播させると、超音波の
周波数に応じて第３図Ｃのような関係である特定の方向
に波長λが選択された回折光を生じる。

音響光学フィルタ２０３としてはたとえばＴｅＯ２結晶
が使用され、入射光をこの結晶内で１１０軸から１０以
上たとえば２０だけ１１０方向に傾くように進行させ、
一方１１０方向の変位を有し１１０方向に横波超音波を
伝搬させる如くトランスデユーサを構成すれば、ｆを５
０ＭＨｚから８０ＭＨｚ まで変化させると、これに
応じて光の波長の６５０ＯＡから４５００人の光が選択
される。

選択される光の波長の半値幅は１．０λ以下にすること
がでキ、シたがって可視域の光を２００以上に分割して
利用することができる。

このような特性を利用して、たとえば、第３図において
、各タイムスロットｔｌｔｔ２＋・・・・・・、ｔＮに
対し、独立に変化するＮチャネルの信号源ｓ１゜Ｓ２ｔ
・・・・・・、ＳＮを対応させ、ｆｌからｆＮまで変化
する超音波掃引信号の強度を５１〜ＳＮの各振幅信号に
応じて振幅変調すると、これに対応して選択される回折
光は、その強度が、各λ１．λ２．・・・・・・λＮに
対してそれぞれが上記ｓ１．ｓ２．・・・・・・、 Ｓ
Ｎで変調を受けた信号となる。

λ１．λ２．・・・・・・、λＮに対応する光信号は光
源と音響光学素子の特性によって、たとえば第３図ｄに
示すように、元の信号の振幅にある係数が掛った形で出
力されるが、これは重要なことではない。

各タイムスロット１１，１２．・・・・・・、ｔＮに対
して光の波長λ１．λ２．・・・・・・、λＮが対応し
、したがって、選択される光のスペクトラムは長波長側
から短波長側へ刻々変化する。

このときλ１．λ２ ・・・・・・。λＮ以外の波長の
光は、非回折光として２０５の方向に透過する。

第４図は、この原理を用いて、第２図の構成で多重通信
を行った場合の信号波形を示す。

第２図の主な箇所の信号出力がａ−１の記号で示されて
いる。

１〜Ｎ個の信号源２０８の送信４号は、同期信号発生器
２１３のサンプリングクロックｅによって、時刻ｔ１．
ｔ２．・・・・・・、ｔＮに対応して信号Ｓ□。

ｓ２．・・・・・・、ＳＮが次々とサンプリングされる
。

ｓｌ。Ｓ２．・・・・・・、ＳＮはマルチプレクサ２０
９で１本の信号線に合成され（波形ａ）、変調装置２１
１の振幅変調ＡＭ入力端子に接続される。

上記サンプリングは周期Ｔで繰り返えされ、各信号源は
、それ故、Ｔ時間毎に標本化されるので、標本化定理に
よって各チャンネル共伝送しうる信号の帯域はＫＴで制
限される。

他方、このＴに同期して、掃引信号発生器２１２より掃
引用の鋸歯状波（波形ｂ）を発生させ、これを２１１の
周波数変調ＦＭ端子に導く。

２１１の超音波信号出力は、したがって時刻１１，１２
．・・・・・・、ｔＮに対して周波数がｆｌ、 ｆ２．
・・・・・・、ｆＮをとり振幅がｓｌ、ｓ２．・・・・
・・ＳＮに比例したＦＭ−ＡＭ波となる。

この出力は、トランスジューサを介して音響光学フィル
タ媒体内に伝播され、この超音波と相互干渉を受けた光
線２０２は、回折光２０４となって伝送路２０７へ導か
れる。

２０４はｔｌ、ｔ２．・・・・・・、 ｔＮに対して波
長がλ１．λ２．・・・・・・、λＮ１強度がＳｌ、Ｓ
２ｔ・・・・・・、ＳＮに応じて変化する時分割マルチ
スペクトル光信号となる。

この光信号は光伝送結路２０７を経由して受信点へ導か
れ、再び音響光学フィルター２１５へ入射する。

ここで、同期信号発生器２１３と同じタイミングで同期
信号発生器２２３より同期パルスを発生せしめ掃引信号
発生器２１２と同一の周期Ｔをもつ掃引波形ｆを掃引信
号発生器２２２より超音波信号発生装置２２１０周波数
掃引端子へ入力せしめる。

すると受信光２１６は、上と同じ作用でｔｌ、ｔ２．・
・・・・・、ｔＮに対応してλ□、λ２２．・・、・１
．λ、の光が特定方向へ回折されるので、送受のタイミ
ングパルスが同期すれば、２１６の光は全て回折光２１
７となる。

１１．１２．・・・・・・、 ｔＮに対して、超音波の
周波数ｆ１．ｆ２．・−・・・・、ｆＮのうち対応しな
いものがあれば、その時刻での回折光は２１７の方向で
は得られない。

したがって、回折光２１７を光電変換器２１９で光電変
換したのちその電気信号出力をデマルチプレクサ２２４
を用いて、ｆｌ、ｆ２．・・・・・・、ｆＮに対応する
時刻パルスｇ ＋ ｈ ｔ ｌ ｔ・・・・・・で分配
すると、ｔｌの時刻には波長λ１に対する信号すなわち
、送信端におけるｓｌに対応した信号波が現われる。

同様に１２，１３．・・・・・・、 ｔＮでもそれぞれ
に対応した送信端信号５２ｔＳ３＋・・・・・・、ＳＮ
が現われることになる。

これらは第４図ｊ、に、ｌに示す如く周期Ｔでサンプリ
ングされたＰＡＭ波（パルス振幅変調波）であるから、
低域ろ波器２２５を通せば、希望する受信々母液Ｒ１，
Ｒ２，・・・・・・、ＲＮを得ることができる。

以上の実施例に示すように、この場合、光伝送路は一本
であり音響光学フィルタの超音波駆動源を周波数と振幅
について変調することにより、複数のチャネルを同時に
多重化して伝送することができる。

この場合、受信側で超音波の周波数を必要な本数だけ選
ぶことにより、特定のチャネルのみを選択受信すること
も可能である。

上記例では、光の波長毎に同期検波を行う点で外光によ
る雑音などの影響が軽減できる。

第５図は他の実施例である。

送信側は第２図の例と全く同一であり、構成要素の５０
０〜５１３はそれぞれ第２図の２００〜２１３に対応し
ている。

受信側において５１４，５１５，５１６は第２図の２１
４，２１５，２１６に対応するが、ここでは、超音波信
号源５２１は単に一定周波数一定振幅の超音波を音響フ
ィルター５１５内に連続的に供給するのみでよい。

受信光５１６には、前と同様、時刻ｔ１．ｔ２゜・・・
・・・、ｔＮに対応して光の波長λ１．λ２．・・・・
・・、λＮが送信々号ｓ１．ｓ２．・・・・・・、ＳＮ
によって変調を受けた形で混在しているが、音響光学フ
ィルタ５１５を通過するとき単一周波数の超音波格子に
よって、丁度回折格子、あるとはプリズムを通したかの
如く、λ１．λ２．・・・・・・、λＮに対応して別々
の方向へ離散的に分散する。

この分散の方向は、超音波が媒体内に生じる粗密の格子
に対して各波長でＢｒａｇｇ回折の条件を満たす角度と
なる。

このようにして分離された光線５１７はそれぞれ対応す
る受光素子群５１８に導かれる。

５１８の出力は、明らかに各々がｓｌ、Ｓ２．・・・・
・・、ＳＮの情報を担っており、第４図における波形ｊ
、に、ｌ・・・・・・に相当する分離された受信波とな
る。

これを低域ろ波器群５１９でろ波すると、前と同様の受
信々号Ｒ１゜Ｒ２，・・・・・・、ＲＮを得ることがで
きる。

この実施例は、受信側の構成が前記第２図の例に比べて
明らかに簡単である。

すなわち、超音波信号源５２１により単に連続的に単一
周波の超音波を加えるだけで、チャンネルの信号分離が
行える。

この場合、受光素子群５１８はダイオードアレイ状のも
のを用いると密度を高くすることが可能である。

第６図は、さらに他の実施例である。

この例では、受信側は第５図の例と全く同一であり、構
成要素６１４〜６２１は５１４〜５２１に対応している
。

送信側では、６００．６０１．６０２．６０３および６
０７，６０８は第５図の５００，５０１゜５０２．５０
３および５０７．５０８と同一の構成であるが、ここで
は、同時に多周波の超音波を媒体中に供給し、多数の光
スペクトルを一挙に伝送する点が異っている。

すなわち、前の二側は、時分割方式であったのに対しこ
の例は同時方式である。

第６図において、６０９は送信々号源Ｓ１．Ｓ２゜・・
・・・・、ＳＮに対応してそれぞれ異なる搬送周波数ｆ
□、ｆ２．・・・・・・、ｆＮをもつ変調器群である。

この異る搬送波群を、対応する信号群５１ｔＳ２ｔ・・
・・・・。

ＳＮでたとえばＡＭ変調しておき、これらの変調された
信号群を混合器６１０に集合してその総和として得られ
る超音波信号波を音響光学フィルタ６０３内に伝播させ
る。

６０３内には同時に異る周波数、異る振幅の超音波が存
在するから、これと相互干渉した光は、ｆｌｌｆ２１・
・・・・・、ｆＮに対応する方向に波長がλ１．λ２．
・・・・・・、λＮの分散光として回折する。

そして各々の分散光は、それぞれ信号群ｓ１．ｓ２．・
・・・・・、ＳＮで振幅変調を受けている。

いま、この分散光６０４をレンズ系６０５で一点に集め
、６０７に導くものとする。

６０７を伝播する光は、同時にｓｌ、ｓ２．・・・・・
・ｔｓＩＩＪの情報群を担って、恰も元の白色光の如く
一本の光として伝送される。

そこで、受信点で第５図と同様に、単一周波数、一定振
幅の超音波を音響光学フィルタ６１５に供給して、再び
分散光６１７を生ぜしめ、これらを各々の受光素子を介
して再生すると同時に元のＮチャネルに対応した受信々
号群Ｒ１，Ｒ２，・・・・・・。

〜を得ることができる。

この場合、６１９のろ波器群は特になくともよい。

この実施例は、同時多重伝送が可能であり、送受で何ら
同期を必要とせずチャネルの分離ができる点で前記二側
より効果的であるが、同時に複数の超音波周波数が存在
することによる混変調が生ずるので、周波数の選択に注
意すべきである。

音響光学フィルタは電気的な制御によって、機械的な可
動部を全く含まない静止の状態で、しかも極めて高速度
で光の波長分離ができる点に特長がある。

また超音波の周波数を連続的もしくは離散的に任意に変
化させることによって、希望する波長領域のみを、とき
には粗く、ときには密に自由に選択することができる。

本発明では、特に電気的な入力で機械系では絶対に得ら
れない高速度で、所望する光の波長を選択し、複数のチ
ャネルを各波長に対応させて伝送することにより、情報
の多重伝送が行えるほか、送受間でのチャネルの選択を
超音波周波数の組の選択によって自由に行えること、た
とえば、特定の送信局から特定の受信局へのみ必要とす
る情報を流したり、あるいは秘密通信としても利用でき
るなどのメリットがある。

その他、音響光学フィルター内で、同時に光の変調が可
能なために、強度の変化しない白色光源でも伺等差し支
えない。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ、ｂは従来の光通信装置の概略図、第２図は本
発明の一実施例における光通信装置の構成図、第３図お
よび第４図は第２図の動作説明用波形図、第５図および
第６図は本発明の他の実施例を示す構成図である。 ２００．５００，６００・・・・・・光源、２０３゜２
１５．５０３，５１５，６０３，６１５・・・・・・音
響光学フィルタ、２０７，５０７，６０７・・・・・・
光伝送線路、２１９，５１８，６１８・・・・・・受光
素子、２２５．５１９，６１９・・・・・・低域ろ波回
路、２０８゜５０８．６０８・・・・・・送信信号源、
２０９．５０９・・・・・・マルチプレクサ、２１０，
２２０，５１０・・・・・・増巾器、２１１，５１１・
・・・・・超音波変調装置、２１２．２２２，５１２・
・・・・・掃引信号発生器、２１３．２２３，５１３・
・・・・・同期信号発生器、２２１・・・・・・超音波
発生装置、５２１．６２１・・・・・・超音波信号源源
、６０９・・・・・・変調器、６１０・・・・・・混合
器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 複数の入力信号チャネルと、複数の周波数成分を有
   する超音波信号の発生装置と、音響光学フィルタと、光
   を伝送するための一本の光伝送線路とを備え、前記音響
   光学フィルタに白色光または連続したスペクトルを有す
   る光ビームを進行させるとともに上記入力信号で変調し
   た超音波信号を供給して前記音響光学フィルタ中の光ビ
   ームを波長分割させたのち前記光伝送路中に伝搬させる
   ことを特徴とする光通信装置。