CN106487448A - 用于自动跟踪fso设备信号光的光学系统及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种用于自动跟踪FSO设备信号光的光学系统及其方法,该光学系统包括:第一聚焦透镜、第一准直透镜、二色镜、第二准直透镜、激光器、激光器驱动模块、带通滤光器、第二聚焦透镜、APD探测器以及光电处理模块,所述第一聚焦透镜、第一准直透镜、二色镜、第二准直透镜、激光器、带通滤光器、第二聚焦透镜及APD探测器呈XY轴分布,所述第一聚焦透镜、第一准直透镜、二色镜、带通滤光器、第二聚焦透镜以及APD探测器依次排列于X轴上,所述二色镜、第二准直透镜以及激光器依次排列于Y轴上,所述激光器与所述激光器驱动模块连接,所述APD探测器与所述光电处理模块连接。本发明能够很好地解决乘客在高速运行的列车上无法上网的问题,方便广大乘客。
Description
技术领域
本发明涉及无线光通信技术领域,尤其涉及一种用于自动跟踪FSO设备信号光的光学系统及其方法。
背景技术
随着信息化社会的到来,通信技术也得到了日新月异的发展,一种崭新的无线通信技术(Free Space Optical,FSO)—自由空间光通信正在悄然兴起。无线光通信是利用激光作为载体传输数据,以空气为介质,提供无线高速的点对点或点对多点通信的一种方式。正是由于无线光通信这一特性,因此被灵活运用于列车通信上。
但在现有技术中,列车高速运行(时速大于300km/h)时,列车内的移动网络很不稳定,基本无法使用。这对于在高速运行的列车上使用智能终端来上网的乘客来说,这种情况下基本上无法上网。
因此,现有技术存在缺陷,需要改进。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足,提供一种用于自动跟踪FSO设备信号光的光学系统及其处理方法,能够很好地解决乘客在高速运行的列车上无法上网的问题。
本发明的技术方案如下:本发明提供一种用于自动跟踪FSO设备信号光的光学系统,包括:第一聚焦透镜、第一准直透镜、二色镜、第二准直透镜、激光器、激光器驱动模块、带通滤光器、第二聚焦透镜、APD探测器以及光电处理模块,所述第一聚焦透镜、第一准直透镜、二色镜、第二准直透镜、激光器、带通滤光器、第二聚焦透镜及APD探测器呈XY轴分布,所述第一聚焦透镜、第一准直透镜、二色镜、带通滤光器、第二聚焦透镜以及APD探测器依次排列于X轴上,所述二色镜、第二准直透镜以及激光器依次排列于Y轴上,所述激光器与所述激光器驱动模块连接,所述APD探测器与所述光电处理模块连接。
所述第一聚焦透镜、第一准直透镜、二色镜、带通滤光器、第二聚焦透镜以及APD探测器按次序排列于水平方向上,所述二色镜、第二准直透镜以及激光器按次序排序于竖直方向上,所述二色镜与水平方向呈45°角。
所述第一聚焦透镜将准直入射光聚焦到所述第一准直透镜,并将第一准直透镜发射过来的出射光转变为平行光。
入射光以45°的入射角入射至所述二色镜上,所述二色镜将入射光分成两束相互垂直的光,并将其中一束与原入射方向相垂直的光吸收掉,将另一束与原入射方向平行的光出射至所述带通滤光器;出射光以45°的入射角入射至所述二色镜上,所述二色镜将出射光分成两束相互垂直的光,并将其中一束与原入射方向平行的光吸收掉,将另一束与原入射方向相垂直的光出射至所述第一准直透镜。
本发明还提供一种用于自动跟踪FSO设备信号光的方法,包括同时进行的接收入射光过程和发射出射光过程:
接收入射光过程:采用第一聚焦镜将入射的准直光聚焦至第一准直透镜,所述第一准直透镜将聚焦光转变成平行光输出至二色镜,之后再将光传输给带通滤光器进行过滤处理,过滤后的光经第二聚焦透镜聚焦后,入射至APD探测器,所述APD探测器将探测的信号传输给光电处理模块;
发射出射光过程:激光器驱动模块驱动激光器发射出射光,第二准直透镜将出射光转变为准直光后射到二色镜折射上,二色镜将光送入至第一准直透镜,第一准直透镜将出射光聚焦后送给第一聚焦透镜,第一聚焦透镜将聚焦光变成小发散角的准直光,并发送出去。
所述入射光以45°的入射角入射到二色镜上,所述出射光以45°的入射角入射到二色镜上。
所述二色镜将入射光分成两束相互垂直的光,并将一束与原入射方向相垂直的光吸收掉,将另一束与原入射方向平行的光出射至所述带通滤光器;所述二色镜将出射光分成两束相互垂直的光,并将一束与原入射方向平行的光吸收掉,将另一束与原入射方向相垂直的光出射至所述第一准直透镜。
采用上述方案,本发明的用于自动跟踪FSO设备信号光的光学系统及其方法,能够很好地解决乘客在高速运行的列车上无法上网的问题,方便广大乘客。
附图说明
图1为本发明用于自动跟踪FSO设备信号光的光学系统的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例,对本发明进行详细说明。
高速运动的列车通信采用自动跟踪技术,信号光束随着列车的运动在不断进行调整。在自动跟踪FSO设备中存在两种光源,一种是同时收发的信号光,一种是只发送的信标光,信号光和信标光的处理方法不同。请参阅图1,本发明提供一种用于自动跟踪FSO设备信号光的光学系统,包括:第一聚焦透镜2、第一准直透镜3、二色镜4、第二准直透镜5、激光器6、激光器驱动模块7、带通滤光器8、第二聚焦透镜9、APD探测器10以及光电处理模块11。所述第一聚焦透镜2、第一准直透镜3、二色镜4、第二准直透镜5、激光器6、带通滤光器8、第二聚焦透镜9及APD探测器10呈XY轴分布,所述第一聚焦透镜2、第一准直透镜3、二色镜4、带通滤光器8、第二聚焦透镜9以及APD探测器10依次排列于X轴上,所述二色镜4、第二准直透镜5以及激光器6依次排列于Y轴上,所述激光器6与所述激光器驱动模块7连接,所述APD探测器10与所述光电处理模块11连接。
优选的,所述第一聚焦透镜2、第一准直透镜3、二色镜4、带通滤光器8、第二聚焦透镜9以及APD探测器10按次序排列于水平方向上,所述二色镜4、第二准直透镜5以及激光器6按次序排序于竖直方向上,所述二色镜4与水平方向呈45°角。
在FSO设备点对点通信中,只有FSO设备的入射光和出射光有一定的重合面积才能通信,在进行自动跟踪时,为保证通信,需要对入射光和出射光进行同时相同角度的调整,利用平面反射镜能实现该功能,所以在本发明的光学系统的前端装有一个平面发射镜即可。
平面发射镜接收空间光后,将入射光进行90度变换后,以平行光形式送入第一聚焦透镜2,第一聚焦透镜2将大范围的准直光聚焦到一个直径较小的第一准直透镜3上,第一准直透镜3将聚焦光变成平行光并输出给二色镜4,该平行光以45°的入射角入射至二色镜4,二色镜4直接将该平行光变成2束传播方向相互垂直的光,并将其中一束与原入射方向相垂直的光吸收掉,只将另一束与原入射方向平行的光出射至所述带通滤光器8。该平行光中可能含有一些杂光,为了保证入射光(信号光)纯净,利用一个工作波长的带通滤光器8对入射光进行过滤处理,带通滤光器8过滤后,将入射光输出至第二聚焦透镜9,第二聚焦透镜9将过滤后的入射光聚焦成一个很小的光斑,该光斑直接照射到APD(雪崩光电二极管)探测器10的光敏面上,与所述APD探测器10连接的光电处理模块11对该APD探测器10的电信号进行后续处理,从而完成从空间接收光信号到电信号的处理过程。
发送的业务信号,经过激光器驱动模块7的处理后,激光器6发出点光源形成出射光,该出射光经过第二准直透镜5,将点光源的发散光变成准直光,并以45°的入射角入射至二色镜4上,二色镜4直接将该准直光变成2束传播方向相互垂直的光,并将其中一束与原入射方向平行的光吸收掉,将另一束与原入射方向相垂直的光出射至所述第一准直透镜3,但该光相对水平方向是平行的,该平行光送入至第一准直透镜3,第一准直透镜3将该准直光聚焦后送入第一聚焦透镜2,第一聚焦透镜2将聚焦光变成小发散角的准直光,该准直光再由平面反射镜发向空间,从而完成了从业务电信号到空间光信号的发送处理过程。
本发明提供一种用于自动跟踪FSO设备信号光的光学系统,即使在高速运行的列车也可以给乘客提供稳定的网络,方便广大乘客。
请参阅图1,本发明还提供一种用于自动跟踪FSO设备信号光的方法,包括同时进行的接收入射光过程和发射出射光过程:
接收入射光过程:平面发射镜接收空间光后,将入射光进行90度变换后,以平行光形式送入第一聚焦透镜2,第一聚焦透镜2将大范围的准直光聚焦到一个直径较小的第一准直透镜3上,第一准直透镜3将聚焦光变成平行光并输出给二色镜4,该平行光以45°的入射角入射至二色镜4,二色镜4直接将该平行光变成2束传播方向相互垂直的光,并将其中一束与原入射方向相垂直的光吸收掉,只将另一束与原入射方向平行的光出射至带通滤光器8。该平行光中可能含有一些杂光,为了保证入射光(信号光)纯净,利用一个工作波长的带通滤光器8对入射光进行过滤处理,带通滤光器8过滤后,将入射光输出至第二聚焦透镜8,第二聚焦透镜9将过滤后的入射光聚焦成一个很小的光斑,该光斑直接照射到APD(雪崩光电二极管)探测器10的光敏面上,与所述APD探测器10连接的光电处理模块11对该APD探测器10的电信号进行后续处理,从而完成从空间接收光信号到电信号的处理过程。
发射出射光过程:经过激光器驱动模块7的处理后,激光器6发出点光源形成出射光,该出射光经过第二准直透镜5,将点光源的发散光变成准直光,并以45°的入射角入射至二色镜4上,二色镜4直接将该平行光变成2束传播方向相互垂直的光,并将其中一束与原入射方向平行的光吸收掉,将另一束与原入射方向相垂直的光出射至所述第一准直透镜3,但该光相对水平方向是平行的,该平行光送入至第一准直透镜3,第一准直透镜3将该平行光聚焦后送入第一聚焦透镜2,第一聚焦透镜2将聚焦光变成小发散角的准直光,该准直光再由平面反射镜发向空间,从而完成了从业务电信号到空间光信号的发送处理过程。
综上所述,本发明提供一种用于自动跟踪FSO设备信号光的光学系统及其处理方法,能够很好地解决乘客在高速运行的列车上无法上网的问题,方便广大乘客。
以上仅为本发明的较佳实施例而已,并不用于限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种用于自动跟踪FSO设备信号光的光学系统,其特征在于,包括:第一聚焦透镜、第一准直透镜、二色镜、第二准直透镜、激光器、激光器驱动模块、带通滤光器、第二聚焦透镜、APD探测器以及光电处理模块,所述第一聚焦透镜、第一准直透镜、二色镜、第二准直透镜、激光器、带通滤光器、第二聚焦透镜及APD探测器呈XY轴分布,所述第一聚焦透镜、第一准直透镜、二色镜、带通滤光器、第二聚焦透镜以及APD探测器依次排列于X轴上,所述二色镜、第二准直透镜以及激光器依次排列于Y轴上,所述激光器与所述激光器驱动模块连接,所述APD探测器与所述光电处理模块连接。
2.根据权利要求1所述的用于自动跟踪FSO设备信号光的光学系统,其特征在于,所述第一聚焦透镜、第一准直透镜、二色镜、带通滤光器、第二聚焦透镜以及APD探测器按次序排列于水平方向上,所述二色镜、第二准直透镜以及激光器按次序排序于竖直方向上,所述二色镜与水平方向呈45°角。
3.根据权利要求1所述的用于自动跟踪FSO设备信号光的光学系统,其特征在于,所述第一聚焦透镜将入射的准直光聚焦到所述第一准直透镜,并将第一准直透镜发射过来的出射光转变为准直光。
4.根据权利要求2所述的用于自动跟踪FSO设备信号光的光学系统,其特征在于,入射光以45°的入射角入射至所述二色镜上,所述二色镜将入射光分成两束相互垂直的光,并将其中一束与原入射方向相垂直的光吸收掉,将另一束与原入射方向平行的光出射至所述带通滤光器;出射光以45°的入射角入射至所述二色镜上,所述二色镜将出射光分成两束相互垂直的光,并将其中一束与原入射方向平行的光吸收掉,将另一束与原入射方向相垂直的光出射至所述第一准直透镜。
5.一种用于自动跟踪FSO设备信号光的方法,其特征在于,包括同时进行的接收入射光过程和发射出射光过程:
接收入射光过程:采用第一聚焦镜将入射的准直光聚焦至第一准直透镜,所述第一准直透镜将聚焦光转变成平行光输出至二色镜,之后再将光传输给带通滤光器进行过滤处理,过滤后的光经第二聚焦透镜聚焦后,入射至APD探测器,所述APD探测器将探测的信号传输给光电处理模块;
发射出射光过程:激光器驱动模块驱动激光器发射出射光,第二准直透镜将出射光转变为准直光后射到二色镜折射上,二色镜将光送入至第一准直透镜,第一准直透镜将出射光聚焦后送给第一聚焦透镜,第一聚焦透镜将聚焦光变成小发散角的准直光,并发送出去。
6.根据权利要求5所述的用于自动跟踪FSO设备信号光的方法,其特征在于,所述入射光以45°的入射角入射到二色镜上,所述出射光以45°的入射角入射到二色镜上。
7.根据权利要求5所述的用于自动跟踪FSO设备信号光的方法,其特征在于,所述二色镜将入射光分成两束相互垂直的光,并将一束与原入射方向相垂直的光吸收掉,将另一束与原入射方向平行的光出射至所述带通滤光器;所述二色镜将出射光分成两束相互垂直的光,并将一束与原入射方向平行的光吸收掉,将另一束与原入射方向相垂直的光出射至所述第一准直透镜。
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