CN103138836A - 一种基于稀土元素掺杂光纤侧面入光并泵浦放大的信息传输方法 - Google Patents

一种基于稀土元素掺杂光纤侧面入光并泵浦放大的信息传输方法 Download PDF

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Abstract

一种基于稀土元素掺杂光纤侧面入光并泵浦放大的信息传输方法，用来实现静止物体之间，或有相对运动物体之间大容量信息的传输。本发明将信息激光以倾斜的方式投射到稀土元素掺杂光纤(可透光涂覆层)侧面上，少量进入稀土元素掺杂光纤并沿光纤传导的信息激光，在泵浦激光的作用下，能量逐渐增加并到达光纤末端光学器件，被提取利用。由于本发明采用无线激光通信来实现数据的高速大容量传输，抗干扰能力强，适用于医疗检查、工业检测和交通通信等众多需要无线传输信息的场合。

Description

一种基于稀土元素掺杂光纤侧面入光并泵浦放大的信息传输方法
技术领域
本发明属于无线激光通信技术领域，具体涉及靠稀土元素掺杂光纤侧面进入信息激光并泵浦放大的信息传输方法，尤其涉及CT机中滑环旋转体与固定体之间信息激光传输方法，以及高速列车与地面间信息激光传输方法。 
背景技术
目前，两物体之间，特别是有相对运动的两物体之间进行信息传输的方法一般有三种：有线传输、无线电磁波传输和定焦点激光传输。有线传输法，传输的信息量大，传输速度也高，但由于连接线的影响很不方便，特别是有相对运动的物体之间可能无法使用导线联接。无线电磁波传输法，传输信息的速度也很快，但由于当前电磁波通信技术速率瓶颈，对于每秒数G甚至几十G的大容量即时信息也难以实现。定焦点激光传输发，对于相对静止的物体之间可以实现信息的大容量高速传输，但对于相对运动的物体之间则很难，原因是无法实现定焦点激光传输，或很难保持定焦点激光传输。 
另外，对于光纤激光通信，要求入射激光要从光纤端面进入光纤，一般是激光先经过准直处理满足光纤数值孔径要求后，再由光纤端面导入光纤中。 
以上缘由在众多领域限制了两物体之间，特别是有相对运动的两物体之间通信技术的发展。典型的有CT机滑环通信，滑环旋转体上的信息要传输到外面的固定体上，由于旋转体要连续转动，导致有线通信无法实现。目前CT机滑环通信技术，不论医疗CT机还是工业CT机大都是采用电磁波通信法(滑动接触传输误码率高)，这对于越来越需要大容量即时信息通信的需求，成为一种技术壁垒，CT机滑环的无线激光通信技术正被很多的人研究。如在专利号为200510135526.1和200610002618.7的专利中，分别公开了一种基于光纤数据传输的CT滑环系统，在这两个专利中均将旋转部分信息激光投射到外部光纤束端面，再经光纤传导完成无线通信。由于激光接收区域需要一定的面积，而导光光纤端面直径又很小(约几十微米)，导致使用光纤数量巨大，从而也无法完成光纤信息的接收，难于实用。 
发明内容
本发明提供了一种激光非定焦传输发，采用稀土元素掺杂光纤(可透光涂覆层)，让入射 信息激光以倾斜的方式投射到光纤侧面，少量进入稀土元素掺杂光纤并沿光纤传导的信息激光，在泵浦激光的作用下，能量逐渐增加并到达光纤末端光学器件，被提取利用。入射信息激光的发射源和稀土元素掺杂光纤分别安装在两个物体上，从而可完成两物体之间的无线激光通信。对于有相对运动的物体，稀土元素掺杂光纤可按相对运动的轨迹铺设，或发射源按相对运动轨迹布置(可能多点位)，保持信息激光始终投射在稀土元素掺杂光纤侧面上，从而完成动态无线激光通信。 
如图1所示，信息入射激光9以一定的夹角斜射到稀土元素掺杂光纤3的侧面上，由于实际传光介质的不完全均匀性，会有少量光线发生漫反射沿光纤传导，特别是当入射角α满足光纤内入射角β发生全反射条件时，将会有一定量的信息激光沿光纤传导，这些传导的信息激光在泵浦激光10的作用下能量会逐渐增强(大于传导损失)，成功到达光纤末端完成信息传输。 
本发明的有益效果是，突破了光纤必须端面入光的定焦点传输方式，采用稀土元素掺杂光纤，在泵浦激光对信息激光有效放大的前提下，使光纤侧面入光通信成为可能，从而为大容量即时激光通信提供了新的方法和手段。 
附图说明
图1是本发明稀土元素掺杂光纤侧面入射激光放大传导示意图 
图2是本发明直线运动物体向静止物体发送信息图 
图3是本发明静止物体向直线运动物体发送信息图 
图4是本发明圆周运动物体向静止物体发送信息图 
图5是本发明静止物体向圆周运动物体发送信息图 
图6是本发明稀土元素掺杂光纤激光反射槽示意图 
图中1.运动体，2.信息激光发射源，3.稀土元素掺杂光纤，4.光隔离器，5.光滤波器，6.泵浦源，7.通信光纤，8.光接收处理器，9.信息入射激光，10.泵浦激光 
具体实施方式：
两物体相对运动时信息传输可分为三种：运动物体向静止物体发送信息，静止物体向运动物体发送信息和两物体双向信息传输。 
本专利实施方式以相对直线运动和相对圆周运动为例来介绍。 
相对直线运动实施方式如下： 
图2为直线运动物体向静止物体发送信息图，该系统的基本构成是：安装在运动物体1 上的信息激光发射源2，处于静止物体上的稀土元素掺杂光纤3，泵浦源6、光隔离器4(2个)、光滤波器5、通信光纤7、光接收处理器8。其中稀土元素掺杂光纤3按运动物体1的轨迹平行铺设，并且其长度能涵盖运动物体1行程。通信时，信息激光发射源2与运动物体1一同直线运动，并将信息激光以倾斜的方式投射到稀土元素掺杂光纤3的侧面上，少量进入稀土元素掺杂光纤3并沿光纤传导的信息激光，在泵浦源6所发射的泵浦激光作用下，其能量随传导过程逐渐增加，到达光滤波器5后泵浦激光被阻止，信息激光继续向前进入通信光纤7，并传导到光接收处理器8，完成直线运动物体向静止物体的信息传输。2个光隔离器4分别按照在稀土元素掺杂光纤3的前后两端，其作用是滤除干扰信息。 
该信息传输方案同样适用于两相对静止的物体。 
图3是静止物体向直线运动物体发送信息图，该系统的基本构成和信息传输原理与图2方案相同，所不同的是激光发射源2安装在静止的物体上，其它组元安装到运动物体1上，为了满足运动物体1在全行程都能接收到信息，激光发射源2可能会按运动物体1的行程布置多个。 
将图2和图3两信息传输方案结合起来，即可实现两相对直线运动物体间的双向信息传输。 
以上图2和图3两信息传输方案特别适合各类设备仪器中，运动单元与外界的无线激光通信，实现大容量即时信息传输，典型的如高速列车与地面间的通信。 
相对圆周运动实施方式如下： 
图4是圆周运动物体向静止物体发送信息图，该系统的基本构成是：安装在运动物体1上的信息激光发射源2，处于静止物体上的稀土元素掺杂光纤3，泵浦源6、光隔离器4(2个)、光滤波器5、通信光纤7、光接收处理器8。其中稀土元素掺杂光纤3按运动物体1圆形运动轨迹铺设成圆环，并保持两者同心。通信时，信息激光发射源2随运动物体1作圆周运动，并以倾斜的方式将信息激光投射到稀土元素掺杂光纤3侧面上，少量进入稀土元素掺杂光纤3并沿光纤传导的信息激光，在泵浦源6所发射的泵浦激光作用下，其能量随传导过程逐渐增加，到达光滤波器5后泵浦激光被阻止，信息激光继续向前进入通信光纤7，并传导到光接收处理器8，完成圆周运动物体向静止物体的信息传输。 
该信息传输方案，特别适合CT机滑环通信，实现了大容量即时信息的高速传输，同时抗干扰能力强，误码率低。 
图5是静止物体向圆周运动物体发送信息图，该系统的基本构成和信息传输原理与图4方案相同，所不同的是激光发射源2安装在静止的物体上，其它组元安装到运动物体1上，为了满足运动物体1在全行程都能接收到信息，激光发射源2按圆周多点布置。稀土元素掺杂光纤3的信息接收段可以为直线段，也可以铺设成圆弧段。 
将图4和图5两信息传输方案结合起来，即可实现两相对圆周运动物体间的双向信息传输。 
对于作曲线运动物体的信息传输，可以结合直线运动和圆周运动方案完成。 
以上所有信息传输方案中，泵浦源6可以与信息激光同向泵浦、反向泵浦和双向泵浦(2泵浦源)。 
为了提高信息激光投射到稀土元素掺杂光纤3侧面上的准确性，可以为稀土元素掺杂光纤3增加激光反射聚光槽，如图6，将偏离的信息激光重新收集到稀土元素掺杂光纤3的侧面上。 
为了增加进入稀土元素掺杂光纤3的激光数量，可以在稀土元素掺杂光纤3的涂覆层表面或包层表面(无涂覆层)做增透膜处理。 

Claims (5)

1.一种基于稀土元素掺杂光纤侧面入光并泵浦放大的信息传输方法，其特征在于，采用稀土元素掺杂光纤为信息激光接收体，让入射信息激光从侧面进入稀土元素掺杂光纤，经泵浦放大并传输。
2.根据权利要求1中所述的信息传输方法，其系统构成主要包括：稀土元素掺杂光纤(3)、信息激光发射源(2)、泵浦源(6)、光隔离器(4)和光滤波器(5)。
3.根据权利要求2中所述信息传输方法的系统构成，其中稀土元素掺杂光纤(3)的涂覆层为透光涂覆层，或稀土元素掺杂光纤(3)没有涂覆层。
4.根据权利要求2中所述信息传输方法的系统构成，稀土元素掺杂光纤(3)可以增加激光反射聚光槽。
5.根据权利要求3中所述稀土元素掺杂光纤(3)，其涂覆层表面或包层表面可以做增透膜处理。
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