CN101446668A - 自由空间光通信光接收天线 - Google Patents

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陈振宜
庞拂飞
王廷云
付兴虎
俞起帆
郭强
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本发明述及一种自由空间光通信光接收天线。它包括一个会聚透镜，会聚透镜后面同轴线安置一个特种光锥，实现聚焦光信号的接收和传输一体化。特种光锥的一端截面积小于另一端的截面积，其截面积大的一端对准会聚透镜，而截面积小的另一端装配光纤连接头后连接光接收机。本发明与传统的自由空间光通信接收天线相比，特种光锥的采用，使得自由空间光通信光接收天线的光路设计变得简单、灵活；利用特种光锥，可以使光接收机很容易接收到光信号，适用于静止或运动状态下自由空间光通信中的光信号接收。

Description

自由空间光通信光接收天线
技术领域：
本发明涉及一种自由空间光通信光接收天线，能够使聚焦光信号的接收和传输一体化，可用于但不限于自由空间光通信中的光信号接收。
背景技术：
自由空间光通信(Free Space Optical Communication，简称FSO)是一种新兴的无线通信方式。它具有通信容量大、传输速率高、频带宽、安全保密性强、抗电磁干扰、组网简单、成本低廉、无需申请频段等优点，可广泛用于紧急临时通信、楼宇通信、最后一公里接入、电信网络、数据备份等方面。
在FSO中，光束的对准对于正常通信是十分关键的问题，但是各种外部或内部因素引起的光束偏转，使得聚焦光信号在焦平面上发生偏移，影响光接收效率。
目前，常用的自由空间光通信光接收天线主要有非光纤类和光纤类。两种光接收天线均采用透镜系统，虽然提高了精度，但是价格昂贵。非光纤类光接收天线主要采用增大光探测器面积或ATP(捕获、瞄准、跟踪)系统，但是光探测器面积大小与传输速率成反比，而且ATP系统复杂，无法在高速运动中实时校正聚焦光信号的偏移；光纤类光接收天线主要采用普通单模光纤或多模光纤，无法正常接收在焦平面上发生的较大偏移的聚焦光信号。
因此，一种高效光接收天线是自由空间光通信的关键。
发明内容
本发明的目的在于提供一种由会聚透镜和特种光锥组成的且能够使聚焦光信号的接收和传输一体化的自由空间光通信光接收天线。
为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种自由空间光通信光接收天线，包括一个会聚透镜，其特征在于所述会聚透镜后面同轴线安置一个特种光锥，实现聚焦光信号的接收和传输一体化；所述特种光锥的一端截面积大于另一端，其截面积大的一端对准会聚透镜，而截面积小的另一端装配光纤连接头后连接光接收机。
特种光锥一般是由拉制光纤用纯石英预制棒制成，材料本身具有一定的折射率。为了保证接收光束在特种光锥内部传输，在其外表面需要涂覆一层低折射率薄膜，以使特种光锥和薄膜之间形成光波导结构，将光信号尽量限制在特种光锥内部。
特种光锥的折射率大于薄膜折射率，以使光束在特种光锥和薄膜之间的界面上发生全反射。
特种光锥的一端截面积小于另一端的截面积。在自由空间光通信中，通过大气传输的光束从会聚透镜入射，经会聚透镜会聚后，从特种光锥截面积大的一端入射，从截面积小的一端出射。光束偏转导致聚焦光信号在焦平面上发生位移，光束偏转角度越大，焦平面上的位移越大。特种光锥截面积大的一端能有效接收在焦平面上位移较大的聚焦光束。聚焦后的光束在特种光锥内部进行传输。运用光纤拉制技术，很容易将截面积小的一端拉细到普通单/多模光纤的直径大小或光探测器的直径大小，以便装配某种型号的光纤连接头后与光接收机相连。如光探测器的直径为75μm，则特种光锥截面积小的一端的直径被拉细到不大于75μm；光探测器的直径为500μm，则特种光锥截面积小的一端的直径被拉细到不大于500μm。
本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：
1、采用特种光锥进行聚焦后光信号的接收，实现光信号接收和传输一体化；2、采用会聚透镜和特种光锥组成了一种能有效接收在焦平面上位移较大的聚焦光束的光接收天线；3、特种光锥的采用，可使自由空间光通信光接收天线的光路设计变得简单、灵活；4、利用特种光锥，可以使光接收机很容易接收到光信号。因此，适用于静止或运动状态中的自由空间光通信光信号的接收
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
具体实施方式
本发明所涉及的一个优选实施例结合附图说明如下：
参见图1，本自由空间光通信光接收天线包括一个会聚透镜1，会聚透镜1后面同轴线安置一个特种光锥2，其中特种光锥2的端面3位于会聚透镜1的焦平面附近，会聚透镜1的光轴与特种光锥2的光轴完全重合；端面4的截面积小于端面3的截面积；端面4外部装配有某一型号的光纤连接头。
特种光锥2是由纯石英材料制成的，其外表面涂覆一层低折射率材料5，且涂覆层的折射率低于特种光锥2的折射率，使光能够在特种光锥2内部进行传输。在通信过程中，通过大气传输的信号光经会聚透镜1会聚后，从特种光锥2的端面3入射，在特种光锥2的内部传输，从而实现了信号光从大气到特种光锥2的接收和传输。将端面4与光接收机通过光纤连接头相连接，便可实现正常通信。

Claims (2)

1.一种自由空间光通信光接收天线，包括一个会聚透镜(1)，其特征在于所述会聚透镜(1)后面同轴线安置一个特种光锥(2)，实现聚焦光信号的接收和传输；所述的特种光锥(2)的一端(3)截面积大于另一端(4)的截面积，其截面积大的一端(3)对准所述会聚透镜(1)，而截面积小的另一端(4)装配光纤连接头后连接光接收机。
2.根据权利要求1所述的自由空间光通信光接收天线，其特征在于所述特种光锥(2)的外表面涂覆一层低折射率薄膜(5)，即所述特种光锥(2)的折射率大于所述薄膜(5)的折射率。
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