CN105700088B - 一种光接收方法、器件和系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种光接收方法、器件和系统，所述光接收器件为平板结构，包括采用透光材料的贯通区域，所述贯通区域上用于接收光信号的一侧表面具有多个V形凹槽，所述多个V形凹槽排列成至少两个同心圆，各个V形凹槽的开口方向面向光信号的入射方向，并且各个V形凹槽面向所述入射方向的表面采用微纳光学结构；所述贯通区域用于通过所述一侧表面接收光信号，并利用所述多个V形凹槽对接收到的光信号进行聚焦。可见，所述光接收器件中利用多个V形凹槽，能够接收一定角度范围内入射的光信号，相比于凸透镜增大了光接收角度；而且，各个V形凹槽面向光信号的入射方向的表面采用微纳光学结构，能够减少光能的损耗，提高光接收效率。

Description

一种光接收方法、器件和系统

技术领域

本发明涉及光学领域，尤其是涉及一种光接收方法、器件和系统。

背景技术

光通信系统包括光发射系统和光接收系统，光发射系统用于将需要传输的信息加载到光信号(例如可见光波段的光信号)上，并进行发射；光接收系统用于接收光发射系统发射的光信号，转换成相应的电信号后解析出传输的信息。

目前，光接收系统一般包括凸透镜、光电探测器和信号处理电路，其中，凸透镜接收光信号并聚焦到光电探测器上，由光电探测器将聚集后的光信号转换成相应的电信号，信号处理电路从该电信号中解析出传输的信息。

然而，凸透镜接收光信号的角度比较窄，通常只能接收垂直入射或者接近于垂直入射的光信号；而且，凸透镜的反射率也比较高，造成光能的损耗，从而减少了光接收效率。

发明内容

本发明解决的技术问题在于提供一种光接收方法、器件和系统，以实现增大光接收角度，并且减少光能的损耗，从而提高光接收效率。

为此，本发明解决技术问题的技术方案是：

本发明提供了一种光接收器件，所述光接收器件为平板结构，包括采用透光材料的贯通区域，所述贯通区域上用于接收光信号的一侧表面具有多个V形凹槽，所述多个V形凹槽排列成至少两个同心圆，各个V形凹槽的开口方向面向光信号的入射方向，并且各个V形凹槽面向所述入射方向的表面采用微纳光学结构；

所述贯通区域用于通过所述一侧表面接收光信号，并利用所述多个V形凹槽对接收到的光信号进行聚焦。

可选的，所述贯通区域为所述光接收器件的全部区域或者中心区域。

可选的，各个V形凹槽的开口角度相同。

可选的，透过任一V形凹槽的光信号的相位Ψ为：

其中，λ为所述贯通区域接收到的光信号的波长，x和y分别为该V形凹槽距离所述同心圆的圆心的横坐标和纵坐标，β为该V形凹槽的开口角度。

本发明提供了一种光接收系统，包括光接收器件、光电探测器和信号处理电路；

所述光接收器件为平板结构，包括采用透光材料的贯通区域，所述贯通区域上用于接收光信号的一侧表面具有多个V形凹槽，所述多个V形凹槽排列成至少两个同心圆，各个V形凹槽的开口方向面向光信号的入射方向，并且各个V形凹槽面向所述入射方向的表面采用微纳光学结构；所述贯通区域用于通过所述一侧表面接收光信号，并利用所述多个V形凹槽对接收到的光信号进行聚焦；

所述光电探测器，用于将所述光接收器件聚焦的光信号，转换成相应的电信号；

所述信号处理电路，用于从所述电信号中解析出光信号携带的信息。

可选的，光信号在可见光波段。

可选的，所述信号处理电路对所述电信号进行解析之前，还用于对所述电信号进行放大。

可选的，所述信号处理单元，具体用于根据所述电信号的强度和/或间隔，解析出光信号携带的信息。

本发明提供了一种光通信系统，包括光发射系统，以及上述任一光接收系统。

本发明提供了一种光接收方法，用于上述任一光接收系统中；所述方法包括：

所述光接收器件利用所述多个V形凹槽对接收到的光信号进行聚焦；

所述光电探测器将所述光接收器件聚焦的光信号，转换成相应的电信号；

所述信号处理电路从所述电信号中解析出光信号携带的信息。

通过上述技术方案可知，本发明实施例中，通过平板结构的光接收器件实现凸透镜的聚焦作用，其中，该光接收器件包括采用透光材料的贯通区域，该贯通区域上用于接收光信号的一侧表面具有多个V形凹槽，所述多个V形凹槽排列成至少两个同心圆，各个V形凹槽的开口方向面向光信号的入射方向，可见，多个V形凹槽通过其自身的“V”形以及同心圆的排列方式，能够接收一定角度范围内入射的光信号，不再局限于垂直入射或者接近于垂直入射的角度，因此相比于凸透镜增大了光接收角度；而且，各个V形凹槽面向光信号的入射方向的表面采用微纳光学结构，不仅使得整个光接收器件的厚度较小，而且微纳光学结构的反射率较低，因此能够减少光能的损耗，提高光接收效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例提供的光接收器件10的一种实施例的立体图；

图2为本发明实施例提供的光接收器件10的一种实施例的正面图；

图3为本发明实施例提供的光接收器件10的一种实施例的侧面图；

图4为本发明实施例提供的光接收系统的一种实施例的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的光通信系统的一种实施例的结构示意图；

图6为本发明提供的一种方法实施例的流程示意图。

具体实施方式

目前，光接收系统一般通过凸透镜对光信号聚集，因此，具有以下缺点：1、凸透镜接收光信号的角度比较窄，通常只能接收垂直入射或者接近于垂直入射的光信号；2、凸透镜的反射率也比较高，造成光能的损耗，从而减少了光接收效率；3、凸透镜的厚度比较大，不利于器件的轻薄设计。

本发明实施例提供一种光接收方法、器件和系统，以实现增大光接收角度，并且减少光能的损耗，从而提高光接收效率。此外，相比于凸透镜还具有厚度更小的优点，更利于器件的轻薄设计。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

请参阅图1和图2，本发明实施例提供了光接收器件10的一种装置实施例。本实施例的光接收器件10通常用于光接收系统中。

如图1所示，本实施例的光接收器件10为平板结构，包括采用透光材料的贯通区域101。其中，贯通区域101指的是贯通光接收器件10的两侧表面的区域，贯通区域101可以为光接收器件10的全部区域，也可以如图1所示为光接收器件10的中心区域，并且贯通区域101的表面可以为圆形。

如图2所示，贯通区域101上用于接收光信号的一侧表面102具有多个V形凹槽103，多个V形凹槽103排列成至少两个同心圆，如图3所示，各个V形凹槽103的开口方向面向光信号的入射方向。贯通区域101用于通过所述一侧表面102接收光信号，并利用所述多个V形凹槽103对接收到的光信号进行聚焦(例如聚焦到图1所示的聚集点)。其中，各个V型凹槽103的开口角度可以相同，此外，各个V形凹槽103可以以同心圆的圆心O点对称排列。本发明实施例中，各个V形凹槽103可以是玻璃、晶体或其他材料，只要能够实现对光信号进行聚焦即可。

由于本实施例中，多个V形凹槽103排列成至少两个同心圆，而且开口方向面向光信号的入射方向，因此使得各个V形凹槽103不仅能够接收垂直于一侧表面102入射或者接近于垂直入射的光信号，而且能够接收更大的角度范围内入射的光信号，具体角度范围由V形凹槽103的开口角度决定。

本实施例中，各个V形凹槽103面向光信号的入射方向的表面采用微纳光学结构。微纳光学结构指的是具有光学特性(例如对光的反射性、透射性等)的微纳结构，微纳结构指的是尺寸在微米或者纳米量级的结构。微纳光学结构可以通过表面等离子体光学技术、人工负折射率材料、隐身结构等方式实现。

相比于凸透镜的高反射率和低透射率，实验证明，微纳光学结构能够具有更低的反射率和更高的透射率，能够减少光能的损耗，提高光接收效率。并且，微纳结构的尺寸很小，因此使得光接收器件10的厚度很小，更利于器件的轻薄设计。

通过上述技术方案可知，本发明实施例中的光接收器件10实际上是作为一种共形天线(即微纳光学结构和其载体共形)，实现了凸透镜的聚焦作用。其中，光接收器件10包括采用透光材料的贯通区域101，贯通区域101上用于接收光信号的一侧表面102具有多个V形凹槽103，多个V形凹槽103排列成至少两个同心圆，各个V形凹槽103的开口方向面向光信号的入射方向，可见，多个V形凹槽103通过其自身的“V”形以及同心圆的排列方式，能够接收一定角度范围内入射的光信号，不再局限于垂直入射或者接近于垂直入射的角度，因此相比于凸透镜增大了光接收角度；而且，各个V形凹槽103面向光信号的入射方向的表面采用微纳光学结构，不仅使得光接收器件10的厚度较小，而且微纳光学结构的反射率较低，因此能够减少光能的损耗，提高光接收效率。

本发明实施例中，光信号可以在任一波段，例如，光信号在可见光波段，可以具体为发光二极管(LED)发出的光信号，LED具有比荧光灯和白炽灯切换速度快的特点，可以利用配备LED的显示屏、照明设备、信号器和汽车前尾灯等发出光信号。其中，光信号可以通过肉眼观察不到的间隔和/或光强度等调制方式传输信息。

本发明实施例中，透过任一V形凹槽的光信号的相位Ψ为：

其中，λ为贯通区域101接收到的光信号的波长，x和y分别为该V形凹槽距离同心圆的圆心O点的横坐标和纵坐标，也就是以O点为原点，任一V形凹槽的横坐标和纵坐标。坐标系可以按照图2标示的方式建立。β为该V形凹槽的开口角度。

除了光接收器件，本发明实施例还提供了对应的光接收系统和光通信系统，下面分别说明。

请参阅图4，本发明实施例提供了光接收系统的一种装置实施例。本实施例的光接收系统包括光接收器件10、光电探测器20和信号处理电路30。

其中，光接收器件10具体可以参见图1和图2对应的装置实施例的具体描述，这里不再赘述。

光电探测器20用于将光接收器件10聚焦的光信号，转换成相应的电信号。光电探测器20可以包括光敏二极管。

信号处理电路30用于从光电探测器20转换的电信号中解析出光信号携带的信息。信号处理单元30具体可以是根据所述电信号的强度和/或间隔，解析出光信号携带的信息。

其中，信号处理电路30对所述电信号进行解析之前，还可以用于对所述电信号进行放大。例如信号处理电路30包括前置放大电路和信号解析电路，所述前置放大电路用于对光电探测器20转换的电信号进行放大后输出至所述信号解析电路，所述信号解析电路用于从放大后的电信号中解析出光信号携带的信息。

请参阅图5，本发明实施例提供了光通信系统的一种装置实施例。本实施例的光通信系统包括光发射系统1和光接收系统2。

光发射系统1用于将需要传输的信息加载到光信号上，并进行发射。

其中，光发射系统1可以包括调制电路，调制电路用于将电信号变化(用于反映待传输的信息)调制成携带所述信息的光信号。

光接收系统2具体可以参见图4对应的装置实施例的具体描述，这里不再赘述。

请参阅图6，本发明实施例提供了光接收方法的一种方法实施例。本实施例的所述方法用于上述任一种光接收系统的装置实施例中。

本实施例的所述方法包括：

S601：光接收器件10利用多个V形凹槽103对接收到的光信号进行聚焦。

S601：光电探测器20将光接收器件10聚焦的光信号，转换成相应的电信号。

S601：信号处理电路30从所述电信号中解析出光信号携带的信息。

本实施例的具体描述请参见光接收系统的装置实施例的相关之处，这里不再赘述。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种光接收器件，其特征在于，

所述光接收器件为平板结构，包括采用透光材料的贯通区域，所述贯通区域上用于接收光信号的一侧表面具有多个V形凹槽，所述多个V形凹槽排列成至少两个同心圆，各个V形凹槽的开口方向面向光信号的入射方向，增大光接受角度，并且各个V形凹槽面向所述入射方向的表面采用微纳光学结构；

所述贯通区域用于通过所述一侧表面接收光信号，并利用所述多个V形凹槽对接收到的光信号进行聚焦。

2.根据权利要求1所述的器件，其特征在于，所述贯通区域为所述光接收器件的全部区域或者中心区域。

3.根据权利要求1所述的器件，其特征在于，各个V形凹槽的开口角度相同。

4.根据权利要求1所述的器件，其特征在于，透过任一V形凹槽的光信号的相位Ψ为：

其中，λ为所述贯通区域接收到的光信号的波长，x和y分别为该V形凹槽距离所述同心圆的圆心的横坐标和纵坐标，β为该V形凹槽的开口角度。

5.一种光接收系统，其特征在于，包括光接收器件、光电探测器和信号处理电路；

所述光接收器件为平板结构，包括采用透光材料的贯通区域，所述贯通区域上用于接收光信号的一侧表面具有多个V形凹槽，所述多个V形凹槽排列成至少两个同心圆，各个V形凹槽的开口方向面向光信号的入射方向，增大光接受角度，并且各个V形凹槽面向所述入射方向的表面采用微纳光学结构；所述贯通区域用于通过所述一侧表面接收光信号，并利用所述多个V形凹槽对接收到的光信号进行聚焦；

所述光电探测器，用于将所述光接收器件聚焦的光信号，转换成相应的电信号；

所述信号处理电路，用于从所述电信号中解析出光信号携带的信息。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，光信号在可见光波段。

7.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述信号处理电路对所述电信号进行解析之前，还用于对所述电信号进行放大。

8.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述信号处理单元，具体用于根据所述电信号的强度和/或间隔，解析出光信号携带的信息。

9.一种光通信系统，其特征在于，包括光发射系统，以及如权利要求5至8任一项所述的光接收系统。

10.一种光接收方法，其特征在于，用于如权利要求5至8任一项所述的光接收系统中；所述方法包括：

所述光接收器件利用所述多个V形凹槽对接收到的光信号进行聚焦；

所述光电探测器将所述光接收器件聚焦的光信号，转换成相应的电信号；

所述信号处理电路从所述电信号中解析出光信号携带的信息。