CN107884851A - 一种具有匀光的宽范围水下光通信光学接收天线 - Google Patents

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石文娟
张建磊
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Abstract

本发明公开了一种具有匀光的宽范围水下光通信光学接收天线，该天线包括菲涅耳透镜，平凸复眼透镜，复合抛物面聚光器，半球透镜和探测器。半球透镜放在菲涅耳透镜焦距一半处，复合抛物面聚光器小端紧贴半球透镜凸面，探测器紧贴半球透镜的后表面。本发明采用菲涅耳透镜可以提高光学聚光性，平凸复眼透镜可以提高光斑均匀性；CPC的大端扩大了接收口径，使更多的光能量进入探测器，另外，大接收口径使整个光学系统调整简单易行，降低了对外界环境的要求，抗干扰能力强；半球透镜用于提高整个光学系统的视场角，使探测器对光源的角度不敏感，小尺寸的探测器可以接收大范围的光能量。该天线质量轻，体积小，可靠性高，提高了接收系统的信噪比。

Description

一种具有匀光的宽范围水下光通信光学接收天线
技术领域
本发明属于水下光通信技术领域，涉及一种具有匀光的宽范围水下光通信光学接收天线。
背景技术
随着激光技术的发展，水下光通信技术已经成为人们的研究热点。首先，光波频率高，光信息承载能力强，能进行大容量的水下数据传输；其次，受环境因素影响小，抗干扰能力强；最后，由于光波的方向性好，在信号被拦截时会及时反馈给用户，光波保密性好，安全性高。因此水下光通信技术在水下对潜通信，海洋环境检测，水下无人机等多方面发挥着重要的作用。
光学接收天线是水下光通信系统中的重要组成部分，光学接收天线是指在可见光通信系统的接收端使用的透镜等光学元件，在探测器前放置光学接收天线，可以将尺寸远大于探测器的光束进行合束，将光束能量收集汇聚到小探测器上，使探测器上接收的光功率能量密度增强，增加传输距离，提高整个光学系统的通信质量。
传统的折射率透镜组成的光学接收天线聚光效率高时视场角小，抗干扰能力弱，探测器与接收天线的对准困难，对外界环境要求高，视场角大时难以保证聚焦效果好，很难使用到水下光通信系统，因此，设计一种可接收大范围光能量，又同时具有高聚光效率的水下无线光学接收天线至关重要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有匀光的宽范围水下光通信光学接收天线，解决传统的折射率透镜组成的光学接收天线聚光效率高时视场角小，探测器与接收天线对准困难，抗干扰能力弱，视场角大时难以保证聚焦效果好的问题。
本发明所采用的技术方案包括菲涅耳透镜，平凸复眼透镜，复合抛物面聚光器(compound parabolic concentrator,CPC)，半球透镜和探测器；菲涅尔透镜与平凸复眼透镜平面相切，半球透镜放在菲涅耳透镜焦距的一半处，复合抛物面聚光器的小端紧贴半球透镜的凸面，探测器紧贴半球透镜的后表面。
进一步，菲涅耳透镜是点聚焦的圆形菲涅耳透镜，材料是PMMA(聚甲基丙稀酸甲酯)；平凸复眼透镜是由一系列相同的小六边形平凸透镜拼合而成，材料是PMMA，菲涅耳透镜和平凸复眼透镜的平面相切，菲涅耳透镜可以提高光学聚光性，平凸复眼透镜可以提高光斑均匀性，从而提高光接收机的动态范围。
进一步，半球透镜的材料是高折射率玻璃，半球透镜的后表面紧贴探测器置于菲涅耳透镜焦距的一半处，半球透镜增大了整个光学接收天线的视场角，使小探测器可以接收大范围的光能量，能够有效的提高系统的信噪比。
进一步，复合抛物面聚光器的材料是PMMA，除了设置聚光器的材料，还要设置内反射表面的性质，这里设定其内表面属性为镜面，在内反射表面镀反射膜。复合抛物面聚光器的小端紧贴半球透镜的凸面，其大端扩大了接收口径，使更多的光能量进入探测器，而且大接收口径使整个光学系统调整简单易行，抗干扰能力强，降低了对外界环境的要求。
进一步，菲涅耳透镜和平凸复眼透镜的平面由高折射率胶粘贴，半球透镜的后表面和探测器由高折射率胶粘贴。
本发明的有益效果是保证探测器上接收效率高的同时提高接收视场角。
附图说明
图1是光源在原点时整个天线的结构示意图；
图2是光源在Y方向移动时整个天线的结构示意图；
图3是光源旋转时整个天线的结构示意图；
图4是点聚焦的圆形菲涅耳透镜；
图5是平凸复眼透镜；
图6是复合抛物面聚光器。
图中，1.菲涅耳透镜，2.平凸复眼透镜，3.复合抛物面聚光器，4.半球透镜，5.探测器。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明整个光学接收天线结构示意图如图1所示，包括菲涅耳透镜1，平凸复眼透镜2，复合抛物面聚光器3，半球透镜4和探测器5。菲涅尔透镜与平凸复眼透镜平面相切，半球透镜放在菲涅耳透镜焦距的一半处，复合抛物面聚光器的小端紧贴半球透镜凸面，探测器紧贴半球透镜的后表面。图2是光源在Y方向移动时整个天线的结构示意图；图3是光源旋转时整个天线的结构示意图；
如图4所示，菲涅耳透镜是等距圆形点聚焦的菲涅耳透镜，材料是PMMA(聚甲基丙稀酸甲酯)，为了减小系统的尺寸，菲涅耳透镜的焦距f1＝100mm，槽与槽之间的间距是0.3mm，厚度是2mm，半径是20cm，在三维绘图软件Solidworks中进行建模。
如图5所示，平凸复眼透镜是由一系列相同的小六边形平凸透镜拼合而成，材料是PMMA，平凸透镜的焦距f2＝10mm，小六边形的边长是1.15mm，整个复眼透镜的半径与菲涅耳透镜的半径相等。
菲涅耳透镜和平凸复眼透镜的平面相切，不仅可以提高光学聚光效率，还可以提高光斑均匀性，从而提高光接收机的动态范围。
半球透镜的后表面紧贴探测器置于菲涅耳透镜焦距的一半处，材料是高折射率玻璃。半球透镜的直径是3mm，增大了整个光学接收天线的视场角，使小探测器可以接收大范围的光能量，有效提高了系统的信噪比，选用直径是0.2mm尺寸的圆形探测器。
如图6所示，复合抛物面聚光器的小端直径是3mm，最大接收半角是20度，大端直径是8.78mm，整个复合抛物面聚光器的长度是16.17mm，材料是PMMA，焦距f3＝2.013mm，除了设置聚光器的材料，还要设置内反射表面的性质，这里设定其内表面属性为镜面，在内表面镀反射膜。复合抛物面聚光器的小端紧贴半球透镜的凸面，其大端扩大了接收口径，使更多的光能量进入探测器，而且大接收口径使整个光学系统调整简单易行，抗干扰能力强，降低了对外界环境的要求。
菲涅耳透镜和平凸复眼透镜的平面由高折射率胶粘贴，半球透镜的后表面和探测器由高折射率胶粘贴。
本发明与传统的水下光通信光学接收天线相比优点还在于：(1)利用菲涅耳透镜可以提高光学聚光性，平凸复眼透镜可以提高光斑均匀性，从而提高光接收机的动态范围；(2)利用复合抛物面聚光器扩大了接收口径，使更多的光能量进入探测器，而且大接收口径使整个光学系统调整简单易行，抗干扰能力强，降低了对外界环境的要求；(3)利用半球透镜增大了整个光学接收天线的视场角，使小探测器可以接收大范围的光能量，有效提高了系统的信噪比。
以上所述仅是对本发明的较佳实施方式而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施方式所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (5)

1.一种具有匀光的宽范围水下光通信光学接收天线，其特征在于：包括菲涅耳透镜，平凸复眼透镜，复合抛物面聚光器，半球透镜和探测器；菲涅尔透镜与平凸复眼透镜的平面相切，半球透镜放在菲涅耳透镜焦距的一半处，复合抛物面聚光器小端紧贴半球透镜的凸面，探测器紧贴半球透镜的后表面。
2.按照权利要求1所述一种具有匀光的宽范围水下光通信光学接收天线，其特征在于：所述菲涅耳透镜和平凸复眼透镜平面相切，菲涅耳透镜是点聚焦的圆形菲涅耳透镜，材料是聚甲基丙稀酸甲酯；平凸复眼透镜是由一系列相同的小六边形平凸透镜拼合而成，材料是聚甲基丙稀酸甲酯。
3.按照权利要求1所述一种具有匀光的宽范围水下光通信光学接收天线，其特征在于：所述半球透镜的材料是高折射率玻璃。
4.按照权利要求1所述一种具有匀光的宽范围水下光通信光学接收天线，其特征在于：所述复合抛物面聚光器材料是聚甲基丙稀酸甲酯，内反射表面属性为镜面，在内反射表面镀反射膜。
5.按照权利要求1所述一种具有匀光的宽范围水下光通信光学接收天线，其特征在于：所述菲涅耳透镜和平凸复眼透镜由高折射率胶粘贴，半球透镜的后表面和探测器由高折射率胶粘贴。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107894656A (zh) * 2017-11-16 2018-04-10 复旦大学 一种基于可见光通信的光学接收天线
CN110557201A (zh) * 2019-08-09 2019-12-10 华南理工大学 一种水下可见光通信移动节点的多角度接收装置
CN113179128A (zh) * 2021-03-09 2021-07-27 西安理工大学 一种水下可见光通信系统的远距离传输接收装置
CN115980988A (zh) * 2022-12-15 2023-04-18 南京航空航天大学 一种低镜面数环形菲涅尔高匀光性系统

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101707502A (zh) * 2009-11-13 2010-05-12 南京邮电大学 可见光发光二极管无线通信光接收天线
CN102937733A (zh) * 2012-10-24 2013-02-20 江苏大学 可见光无线通信大视场可调复眼结构光学接收器
CN205014279U (zh) * 2015-10-08 2016-02-03 成都森石光学科技有限公司 一种led灯具菲涅尔复眼透镜
CN105680941A (zh) * 2016-02-26 2016-06-15 中国科学技术大学 一种基于可见光的水下led长距离通信系统
CN106850062A (zh) * 2017-01-20 2017-06-13 北京理工大学 角度分集型填充式复合抛物面聚光器的光学接收天线
CN107425909A (zh) * 2017-05-17 2017-12-01 复旦大学 一种基于可见光激光光源的水下照明和通信系统

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101707502A (zh) * 2009-11-13 2010-05-12 南京邮电大学 可见光发光二极管无线通信光接收天线
CN102937733A (zh) * 2012-10-24 2013-02-20 江苏大学 可见光无线通信大视场可调复眼结构光学接收器
CN205014279U (zh) * 2015-10-08 2016-02-03 成都森石光学科技有限公司 一种led灯具菲涅尔复眼透镜
CN105680941A (zh) * 2016-02-26 2016-06-15 中国科学技术大学 一种基于可见光的水下led长距离通信系统
CN106850062A (zh) * 2017-01-20 2017-06-13 北京理工大学 角度分集型填充式复合抛物面聚光器的光学接收天线
CN107425909A (zh) * 2017-05-17 2017-12-01 复旦大学 一种基于可见光激光光源的水下照明和通信系统

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
尹田田: "应用于水下光通信的菲涅尔透镜研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 信息科技辑》 *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107894656A (zh) * 2017-11-16 2018-04-10 复旦大学 一种基于可见光通信的光学接收天线
CN110557201A (zh) * 2019-08-09 2019-12-10 华南理工大学 一种水下可见光通信移动节点的多角度接收装置
CN113179128A (zh) * 2021-03-09 2021-07-27 西安理工大学 一种水下可见光通信系统的远距离传输接收装置
CN115980988A (zh) * 2022-12-15 2023-04-18 南京航空航天大学 一种低镜面数环形菲涅尔高匀光性系统
CN115980988B (zh) * 2022-12-15 2023-09-29 南京航空航天大学 一种低镜面数环形菲涅尔高匀光性系统

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