半導体レーザを用いた光衛星通信用コヒーレント光送受信部の検討

摘要

近年の地球観測衛星のデータ伝送容量の増大要求に対応する衛星間，衛星地上間を含めた光衛星通信ネットワークの実現が望まれている．これに対し，欧州データ中継衛星EDRS-A（European Data Relay System-A）の打上げが2016 年1 月に成功1)，低軌道周回衛星Sentinel1A によるSAR 取得画像の中継伝送を同年2 月に成功し2)，光衛星通信によるデータ中継システムは運用フェーズに入った．欧州の通信方式・レートは波長1.06μm, BPSK(Binary Phase Shift Keying)ホモダイン方式， 1.8Gbps である3). 米国では， LCRD (LaserCommunication Relay Demonstration)により波長1.5μm帯DPSK(Differential Phase Shift Keying)方式，1.25Gbpsの衛星間と衛星地上間の光通信デモを2019 年打上げ予定で進めている4). 国内でもJDRS(Japanese DataRelay System) の開発が， 波長1.5 μ m 帯DPSK(Differential Phase Shift Keying)方式，1.8Gbps の衛星間リンク実現に向け2019 年打上げ予定で進められている5). 以上の開発状況を踏まえると，将来的な光衛星通信ネットワークの利用ユーザの拡大に向けては，複数方式に対応できる小型で高感度の光通信機器が望まれる．我々は，小型・高感度な光衛星通信機器のキー要素技術として，波長1.06/1.5μm 帯のDual 光受信方式の検討6)や，追尾角度センサ機能と光コヒーレント受信機能とを統合した光コヒーレント受信フロントエンドの試作を行ってきた7) 8)．特に後者は太陽光直視時の高背景光レベルでも追尾可能な利点がある9). また光90 度ハイブリッドを備えているため，光PLL(Phase Locked Loop)を用いた光ホモダイン受信機だけでなく，将来のデジタルコヒーレント受信機の構成も可能である．一方，近年の地上光通信の基幹系伝送システムの伝送容量拡大に向け，多値変調フォーマットディジタルコヒーレント通信と波長多重通信とを両立できる狭スペクトル線幅の波長可変半導体レーザITLA(Integrable Tunable Laser Assembly)が開発されている10)- 12). 同レーザのスペクトル線幅はNPRO（Non Planar Ring Oscillator）等の固体レーザ13)や，ECLD（Extra Cavity Laser Diode）1)には及ばないものの，PZT や温度制御に比べて高速な注入電流制御による周波数制御が可能であり，光PLL への適用が期待できる．ここでは，光衛星通信システム設計と光受信フロントエンドのレイアウト設計，および半導体レーザを用いた光コヒーレント送受信部の予備検討結果を報告する．