令和2年度 若手研究者学長表彰 研究成果報告
徳岛大学大学院社会産業理工学研究部理工学域光応用系光情報システム分野 准教授 岸川 博紀
光涡（ひかりうず）を用いた光无线通信における大気乱流の影响补偿
【研究グループ】
徳岛大学大学院社会産業理工学研究部理工学域光応用系光情報システム分野 准教授 岸川 博紀
徳岛大学大学院社会産業理工学研究部理工学域光応用系光情報システム分野 教授 後藤 信夫
【研究成果を得られた経纬】
本研究は光通信の大容量化に资する特别な构造を持った光波である光涡に関するものである。屋外の空中を伝搬する光无线通信では、気温や気圧、风などの影响で大気屈折率がランダムに変动し、その影响で光无线信号が乱れ、受信信号品质が劣化する课题がある。特に位相分布に特徴がある光涡はその影响を顕着に受ける。本研究では大気乱流の影响で乱れた光涡の位相分布を适応的に补偿する新たな手法を考案し、受信信号品质の劣化を抑える光无线通信の要素技术を确立した。
【学术誌等への掲载状况】
- Hiroki Kishikawa, Haruya Kishimoto, Noriyuki Sakashita, Nobuo Goto and Shien-Kuei Liaw, “Pilot beam-assisted adaptive compensation for atmospheric turbulence in free-space optical transmission of beams carrying orbital angular momentum,” Japanese Journal of Applied Physics (Special Issue), 1.Vol.59, No.SO, SOOD03-1-SOOD03-8, May 2020.
- Haruya Kishimoto, Noriyuki Sakashita, Hiroki Kishikawa, Nobuo Goto and Shien-Kuei Liaw, “Reference Beam-Assisted Broadband Adaptive Optics Compensation for Atmospheric Turbulence on Orbital Angular Momentum Beams,” OSA Advanced Photonics Congress 2020, No.SpM2I.2, Jul. 2020.
- Noriyuki Sakashita, Haruya Kishimoto, Kyosuke Matsusue, Hiroki Kishikawa, Nobuo Goto and Shien-Kuei Liaw, “Pilot Beam-Assisted Adaptive Compensation for Atmospheric Turbulence-Induced Phase Fluctuation on Beams Carrying Orbital Angular Momentum,” 25th OptoElectronics and Communications Conference 2020, No.VP46, Oct. 2020.
光涡とは光波伝搬の物理的性质を用いて轨道角运动量を持たせた光ビームのことである。図１に示すように、光涡は螺旋状の等位相面を持ち、络み合う螺旋の数で次数が决まり、异なる次数の光涡は互いに直交していることが特徴である。したがって、异なる次数の光涡それぞれに情报を载せることで多重化が可能である。光通信で従来から用いられてきた多重化の物理量である直交変调、波长、偏光に次ぐ新たな多重化の次元となり、光通信网の大容量化に寄与すると期待されている。
図２に光涡を用いた光无线通信における大気乱流の影响补偿法を示す。通信データを送る光涡とは别に、大気乱流を検知して适応补偿するための専用の光涡を用いることが特徴である。通信データ用光涡と乱流検知用光涡を同轴で屋外空间伝送することで、両光涡は大気乱流の影响を等しく受けて振幅?位相が乱れることになる。受信侧にある适応补偿部では、まず乱流検知用光涡を分离し、波面センサ等を用いて乱れた位相分布を検知し、补正用の位相情报を生成する。その情报を基に通信データ用光涡の位相を补正することで、位相の乱れを补偿した光涡が得られる。図２には光涡の光强度分布と位相分布も示しており、大気乱流によって乱れた位相分布が适応补偿によってほぼ元に戻っていることから、大気乱流による信号品质の劣化を抑えることができる。
本研究では大気乱流の影响で乱れた光涡の位相分布を适応的に补偿する新たな手法を考案し、受信信号品质の劣化を抑える光无线通信の要素技术を确立した。ただし図２に示すように本手法は位相分布のみを补正しているため、光强度分布は乱れたままである。これでも受信信号品质は大きく改善するが、光强度分布も同时に补偿する方法を确立できれば更なる品质改善が期待できるため、今后の検讨课题としたい。
