CN107623549A - 无线光通信系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种无线光通信系统，包括信号接收端和信号发射端，所述信号接收端和信号发射端通过谐振光束无线连接；所述信号接收端通过所述谐振光束向所述信号发射端输送光电流；所述信号发射端接收所述光电流后，信号发射端通过所述谐振光束向所述信号接收端发送身份认证信息。实施本发明的无线光通信系统，能够通过信号接收端与信号发射端建立的谐振光路传送光电流和发送身份认证信息，使得信号发射端无需设置内部的电源，减轻体积和重量，还能提高信息发送的安全性。

Description

无线光通信系统

技术领域

本发明涉及通信技术，更具体地说，涉及一种无线光通信系统。

背景技术

传统的无线光通信技术，一般是采用在信号的发送端设置光源，例如激光、LED等，然后将需要发送的信息耦合到光源中，一起发送出去，待信号接收端接收到光信号之后，从接收的光信号中将发送的信息解读出来。

采用这种方式存在缺陷：首先作为信号发送端，其必须内置有电源，以驱动光源发光，而对于一些便携式设备，例如智能手环、光子钥匙等，电源(一般为充电电池)占了绝大部分的重量和体积；其次，信号发送端能够任意的发出带有信息的光信号，容易造成信息的泄漏。

发明内容

本发明的目的在于，针对现有无线光通信系统存在安全隐患，发送端的便携性能较差、容易被窃取信息的缺陷，提供一种无线光通信系统，以解决上述的问题。

本发明解决上述问题的方案是：提供一种无线光通信系统，包括信号发送端和信号接收端，所述信号发送端和信号接收端通过谐振光束无线连接；

所述信号接收端通过所述谐振光束向所述信号发送端输送光电流；所述信号发送端接收所述光电流后，信号发送端通过所述谐振光束向所述信号接收端发送信息。

优选的，所述信号接收端包括光源模块和第一谐振镜，所述信号发送端包括第二谐振镜，所述光源模块产生光束，所述光束在所述第一谐振镜和第二谐振镜之间谐振放大，形成所述谐振光束。

优选的，所述光源模块包括泵浦光源和增益介质，所述泵浦光源耦合在所述第一谐振镜上，所述增益介质设置在所述第一谐振镜和所述第二谐振镜之间的光路上。

优选的，增益介质为Nd:YAG晶体或Nd:YVO4晶体。

优选的，所述信号发送端包括光电转换模块，所述光电转换模块与所述第一谐振镜光学耦合。

优选的，所述信号发送端还包括加密模块，所述加密模块与所述光电转换模块电连接，所述加密模块还与所述第二谐振镜光学耦合。

优选的，所述信号接收端还包括认证模块，所述认证模块与所述第一谐振镜光学耦合。

优选的，所述信号接收端包括沿光轴方向依次设置的泵浦源、用于将信息从谐振光束中分离出来的分光器件、第一谐振镜、增益介质以及安装有望远扩束镜的面板；所述信号接收端还包括与所述分光器件耦合的认证模块。

优选的，所述信号发送端包括沿光轴依次设置的第二谐振镜、光耦合器件和光电转换模块；所述信号发送端还包括与所述耦合器件耦合的加密模块。

优选的，所述第一谐振镜或第二谐振镜为角反射镜阵列。

优选的，所述第一谐振镜或第二谐振镜包括正透镜和设置在所述正透镜焦平面上的半反半透镜。

本发明还提供一种无线光通信网络系统，包括前述中的信号接收端和信号发送端，还包括与信号接收端网络连接的服务器，所述信号接收端通过所述谐振光束向所述信号发送端输送光电流；所述信号发送端接收所述光电流后，信号发送端通过所述谐振光束向所述信号接收端发送信息；所述信号接收端在接收端信息后，通过与服务器的连接，向服务器发送信息。

本发明还提供一种无线光通信方法，包括以下步骤：

S1、信号接收端与信号发送端之间建立谐振光路；

S2、信号接收端通过谐振光束向信号发送端提供光电流；

S3、信号发送端通过谐振光束向信号接收端向信号接收端发送信息。

优选的，无线光通信方法还包括：

S4、信号接收端在接收信息后，通过与服务器的连接向服务器发送信息。

实施本发明的无线光通信系统，具有以下的有益效果：通过在信号发送端和信号接收端之间建立起谐振光路，并通过该谐振光路为信号发送端光电流，使得信号发送端无需设置内部电源，减少了体积和重量；还通过谐振光路传递信息，保证了该信息在传递的过程中不会被泄露盗取，提高了安全性。

附图说明

以下通过附图对本发明进行说明，其中：

图1为本发明无线光通信系统的结构示意图；

图2为本发明无线光通信系统中信息接收端的结构示意图；

图3为本发明无线光通信系统中信息发送端的结构示意图；

图4为本发明无线光通信系统中谐振镜的第一实施例的结构示意图；

图5为本发明无线光通信系统中谐振镜的第二实施例的结构示意图；

图6为无线光通信网络的结构示意图；

图7为无线光通信网络的认证流程图。

具体实施方式

本发明通过在信号发送端与信号接收端之间形成谐振光路，使得信息只能沿着谐振光路进行传送，保证了信息的发送安全。

本发明为了实现上述的效果，提供了如图1所示的信号接收端与信号发送端。信号接收端与信号发送端之间形成谐振光路，一方面通过该谐振光路，信号接收端所产生的激光为信号发送端提供光电流，使得信号发送端能够在自身不设置电源的情况下完成信号的发送；另一方面，信息耦合在谐振光路中，从而保证了信息不会随着光散射被非法截获。

具体的，在信号接收端，设置有光源模块和第一谐振镜。图1所示仅用于表述上述两者的光连接关系，并不用于限定其组件之间的具体摆放位置。光源模块包括了增益介质和泵浦源。较佳的，增益介质放置于第一谐振镜与第二谐振镜之间，增益介质在泵浦源的作用下，产生受激放大光，并在第一谐振镜与第二谐振镜之间产生谐振放大，最终形成激光光束。信号接收端还包括通过光耦合器件耦合至谐振光路中的认证模块，认证模块用于从第一谐振镜与第二谐振镜之间的激光光束中将来自信号发射端的身份信息分离出来，并加以认证。

而在信号发送端中，则设置了第二谐振镜、光电转换模块与加密模块。光电转换模块设置在第一谐振镜与第二谐振镜所在的光轴上，第二谐振镜设置成半反半透的形式，一部分激光光束在第一谐振镜与第二谐振镜进行谐振放大，一部分则从第二谐振镜出射，由光电转换模块转换成光电流。在信号发送端内还设置有加密模块，一方面，该加密模块与光电转换模块电连接，有光电转换模块为加密模块进行供电；另一方面，加密模块还与第二谐振镜所在的谐振光路耦合，信息通过加密模块耦合至谐振光路中，并随激光光束传送至信号接收端。

采用了图1结构的无线光通信系统，信号发送端不再内置电源，避免了自身发出光束导致认证信息外泄的可能；同时，信号发送端与信号接收端的光通信连接是建立在谐振光束上，最大程度的避免了在发送信息的过程中因为散射光而造成窃取信息的可能性。

图2为本发明的无线光通信系统中的信号接收端的一实施方式。信号接收端包括沿光轴方向依次设置的泵浦源10、用于将信息从谐振光束中分离出来的分光器件11、第一谐振镜12、增益介质13以及安装有望远扩束镜15的面板14。从泵浦源10出射的泵浦光经过分光器件11时，并不产生分光束，而是全部通过分光器件11后，入射到第一谐振镜12上。泵浦光进一步经过增益介质13后，产生受激放大光，并经过望远扩束镜15向外发射。而当谐振光反射回到信号接收端后，经过望远扩束镜15调整，再次入射增益介质13进行放大，此后光束到达第一谐振镜12上。由于第一谐振镜具有半反半透性质，一部分的光反射回增益介质13进行放大，另一部分的光进入到分光器件11上，分光器件11将光线折向认证模块16。若从外界入射的谐振光中携带有与身份认证相关的信息，则由认证模块16进行解读，以确认其身份信息是否合法。

在图2所示的实施例中，分光器件11和认证模块16放置在泵浦源10和第一谐振镜12之间的光路上，但是本领域的技术人员应当理解的是，只要分光器件11能够从谐振光中分离出信息即可，例如，分光器件11和认证模块16还可以放置第一谐振镜12与增益介质13之间，或者放置在望远扩束镜15与增益介质13之间亦可。

当采用了上述图2中的信号接收端，通过光电转换的方式为信号发送端进行充电，并通过与信号发送端形成的谐振光路进行信息的传递，使得信号发送端的能够省去内置的电源，还能避免在通信过程中产生的光散射引发的信息泄露问题。

对应于图2的信号接收端，本发明提供了如图3所示的信号发送端来进行信息的发送。其具体包括了具有半反半透性质的第二谐振镜22，以及设置在第二谐振镜22光路后方的光电转换模块20。在第二谐振镜22和光电转换模块20之间还设置有光耦合器件21，其用于将加密模块23采集到的身份认证信息耦合至谐振光中，通过第二谐振镜22一起发送至信号接收端。在该实施方式中，信号发送端不需要设置电源，而是通过光电转换模块20将谐振光转换成光电流，以供应加密模块23和光耦合器件21等其他需要使用电源工作的部件进行工作。

在本发明的上述实施例中，需要信号发送端在各个位置、方向角度上都能与信号接收端形成谐振光路，为此，需要第一谐振透镜和第二谐振透镜具备能够在任意方位都能将入射光线按照沿原路反射。为此，本发明提供了多个谐振透镜的可选方案。

如图4所示为第一谐振镜12的一种可实现方式。第一谐振镜12采用多块半反半透平面镜组成角反射镜阵列，即相邻的两块半反半透平面镜之间的成直角设置。当入射光束A以任意的角度入射的时候，一部分光线透过，形成透射光束B，另一部分光束经过两次反射，形成反射光束C，从光学反射定律可知，入射光束A必定与反射光束C相互平行。由于反射的光线与入射光平行，保证了信号发送端在任意位置都能与信号接收端形成谐振光路，谐振光每进过一次谐振，就会经过一次增益介质的一次放大，经过多次的往返谐振后，光束的强度放大到能够携带身份认证信息，以及足够强度转换为光电流，供各个部件使用。

图5给出了谐振镜的另一种可实现形式。在图5所示的谐振镜中，由一块正透镜以及放置在该正透镜的焦平面上的平面镜所组成。任意角度入射的入射光束A经过正透镜折射，平面镜反射后，再次经过正透镜折射出去。由于任何从焦平面的点光源发出的光经过正透镜之后都会形成平行光，再加上光路可逆的原理可知，入射光束A必然与反射光束C相互平行。从图4的分析可知，由于反射的光线与入射光平行，保证了信号发送端在任意位置都能与信号接收端形成谐振光路，谐振光每进过一次谐振，就会经过一次增益介质的一次放大，经过多次的往返谐振后，光束的强度放大到能够携带信息，以及足够强度转换为光电流，供各个部件使用。

上述的图4、图5中仅给出两种谐振镜的可选方案，本领域的技术人员依据入射光与反射光相互平行的需求，还可依据实际需要设计出其他的光学组合，只要其能够将入射光按照原路返回，即可作为谐振镜使用。

在本发明中，需要使用到增益介质来实现光放大的效果。在本发明中，增益介质可以选用Nd:YAG晶体，其产生的受激发射光的波长为1064nm，处于红外频段，人的肉眼无法看见，适合无线认证的需要；此外，红外频段的光束比高频段的光束的抗干扰能力强，能够有效提高认证成功率。除了Nd:YAG晶体外，Nd:YVO4晶体也是可作为增益介质的可选材料。Nd:YVO4晶体在1064nm处的受激发射截面是Nd:YAG的3倍，具有光损伤阈低，高斜率效率的优势。当然，本领域的技术人员应当理解的是，在本发明中并不限定特定的材料作为增益介质，只要其能够产生谐振光即可，技术人员可以依据实际需要选择合适的增益介质。

本发明所提供的信号接收端、信号发送端可以结合网络、服务器等设备，形成光通信网络。

以结合了光通信方式的门禁系统为例，其结构图如图6所示。

信号接收端1固定在门4的一侧，门4由控制装置控制其开关。控制装置可以与信号接收端1连接，也可以由服务器3通过远程连接进行控制。当信号发送端2与信号接收端1建立谐振光路之后，信号发送端2所采集到的身份认证信息，例如指纹信息等，通过光信号，沿谐振光路发送至信号接收端1，信号接收端1在接收端身份认证信息后，通过与服务器3的连接，确认该身份信息是否合法。当确认身份信息合法后，控制装置控制门4开启。

具体的控制流程如图7所示。整个信息发送的步骤由信号发送端发起，首先信号发送端被放置在信号接收端的接收范围内，两者之间形成谐振光路。基于该谐振光路，信号接收端通过谐振光为信息发送端无线供电。当产生的光电流足够之后，信息接收端采集身份认证信息，例如使用者的指纹等，并将这些信息通过耦合到谐振光的方式发送给信号接收端。信号接收端从谐振光中将上述的信息分离出来，并通过与服务器的连接确认信息的合法性。当服务器确认信息合法后，控制门开启。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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 (14)

1.一种无线光通信系统，包括信号接收端和信号发射端，其特征在于，所述信号接收端和信号发射端通过谐振光束无线连接；

所述信号接收端通过所述谐振光束向所述信号发射端输送光电流；所述信号发射端接收所述光电流后，信号发射端通过所述谐振光束向所述信号接收端发送身份认证信息。

2.根据权利要求1所述的无线光通信系统，其特征在于，所述信号接收端包括光源模块和第一谐振镜，所述信号发射端包括第二谐振镜，所述光源模块产生光束，所述光束在所述第一谐振镜和第二谐振镜之间谐振放大，形成所述谐振光束。

3.根据权利要求2所述的无线光通信系统，其特征在于，所述光源模块包括泵浦光源和增益介质，所述泵浦光源耦合在所述第一谐振镜上，所述增益介质设置在所述第一谐振镜和所述第二谐振镜之间的光路上。

4.根据权利要求3所述的无线光通信系统，其特征在于，所述增益介质为Nd:YAG晶体或Nd:YVO4晶体。

5.根据权利要求2所述的无线光通信系统，其特征在于，所述信号发射端包括光电转换模块，所述光电转换模块与所述第一谐振镜光学耦合。

6.根据权利要求5所述的无线光通信系统，其特征在于，所述信号发射端还包括加密模块，所述加密模块与所述光电转换模块电连接，所述加密模块还与所述第二谐振镜光学耦合。

7.根据权利要求2所述的无线光通信系统，其特征在于，所述信号接收端还包括认证模块，所述认证模块与所述第一谐振镜光学耦合。

8.根据权利要求1所述的无线光通信系统，其特征在于，所述信号接收端包括沿光轴方向依次设置的泵浦源、用于将身份认证信息从谐振光束中分离出来的分光器件、第一谐振镜、增益介质以及安装有望远扩束镜的面板；所述信号接收端还包括与所述分光器件耦合的认证模块。

9.根据权利要求1所述的无线光通信系统，其特征在于，所述信号发射端包括沿光轴依次设置的第二谐振镜、光耦合器件和光电转换模块；所述信号发射端还包括与所述耦合器件耦合的加密模块。

10.根据权利要求2-9任一所述的无线光通信系统，其特征在于，所述第一谐振镜或第二谐振镜为角反射镜阵列。

11.根据权利要求2-9任一所述的无线光通信系统，其特征在于，所述第一谐振镜或第二谐振镜包括正透镜和设置在所述正透镜焦平面上的半反半透镜。

12.一种无线光通信网络系统，包括如权利要求1-11中任一所述的信号接收端和信号发送端，其特征在于，还包括与信号接收端网络连接的服务器，所述信号接收端通过所述谐振光束向所述信号发送端输送光电流；所述信号发送端接收所述光电流后，信号发送端通过所述谐振光束向所述信号接收端发送身份认证信息；所述信号接收端在接收端身份认证信息后，通过与服务器的连接，确认该身份认证信息是否合法。

13.一种无线光通信方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、信号接收端与信号发送端之间建立谐振光路；

S2、信号接收端通过谐振光束向信号发送端提供光电流；

S3、信号发送端通过谐振光束向信号接收端向信号接收端发送身份认证信息。

14.根据权利要求13所述的无线光通信方法，其特征在于，还包括：

S4、信号接收端在接收身份认证信息后，通过与服务器的连接确认身份认证信息是否合法；

S5、当身份认证信息合法时，执行开门动作。