CN108809425A - 高速自由空间光传输的波分复用/解复用通信装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高速自由空间光传输的波分复用/解复用通信装置，包括电连接器、PCB板、电子控制部件、光学组件支承件、光学组件及壳体，本发明采用电子控制部件驱动激光器驱动器及半导体激光器将电信号生成光束信号，并通过光学组件向外发射；采用光学组件接收外界的光束信号，并通过光探测器及探测器跨阻放大器将光束信号转换成电信号。选用两件本发明对称设置，使两件光学组件同时发射并接收彼此的光束信号，则构成波分复用/解复用的自由空间通信系统。本发明可实现波分复用光发射/接收功能，或波分解复用光接收/发射功能，使得光路收发合为一体，实现光学的双向传输。具有结构简单、传输灵敏度高、可靠性高、互换性强及光电转换效果好的优点。
Description
技术领域
本发明涉及激光通信技术领域，用于自由空间光波的波分复用/解复用传输，尤其是一种高速自由空间光传输的波分复用/解复用通信装置。
背景技术
自由空间光通信（Free Space Optics，FSO），是一种激光不需要光纤而是以直接以空气为介质，实现点对点间的信号的传输技术。自由空间光通信的原理是：受调制的电信号通过激光器驱动电路使激光器发光，激光通过光学组件镜头发射出去，由大气信道传输到另一端的激光通信设备的光学组件接收镜头上，光学接收镜头将收集到的光信号汇聚到光电探测器上，将光信号转换成电信号，再将电信号放大、处理。光学组件发射镜头的作用是压缩光束发射角，对光束进行准直和扩束；光学组件接收镜头的作用是将从远处传来的已被调制的光束汇聚到光电探测器的有效控测面上。由于高速光电探测器的有效接收面普遍比较小，尺寸在几十微米左右甚至更小，灵敏度也较低，因此需要光学组件接收镜头将接收到的光束聚焦成较小的光斑以让光电探测器接收到最多的信号。
现有技术的通信设备中，光电信号相互转换已司空见惯，尤其在短距离的光通信中，电路板上的光信号发射器和光信号接收器之间使用光纤进行互连。尽管这些光链路系统在性量方面完全可以满足要求，但这些光链路系统由于存在体积大、重量重的缺陷，制约着通信设备向高效、快速及微型化的方向发展。
此外，空间光通信系统中，采用光学镜头及其组合实现光路的传输，该类光学镜头及其组合仅可满足单路自由空间光通信发射模块或接收模块的单向光学的传输，设计一种波分复用/解复用光通信的装置，满足自由空间光通信模块收发一体的信息传输，实现光学的双向传输将显得十分必要。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足而提供的一种高速自由空间光传输的波分复用/解复用通信装置，本发明采用电子控制部件驱动激光器驱动器及半导体激光器将电信号生成光束信号，并通过光学组件向外发射；采用光学组件接收外界的光束信号，并通过光探测器及探测器跨阻放大器将光束信号转换成电信号。选用两件本发明对称设置，使两光学组件同时发射并接收彼此的光束信号，即互为另一者的接收或发射组件，则构成波分复用/解复用的自由空间通信系统。本发明可实现波分复用光发射/接收功能，或波分解复用光接收/发射功能，使得光路收发合为一体，实现光学的双向传输。具有结构简单、传输灵敏度高、可靠性高、互换性强及光电转换效果好的优点。
实现本发明目的的具体技术方案是：
一种高速自由空间光传输的波分复用/解复用通信装置，其特点包括电连接器、PCB板、电子控制部件、光学组件支承件、光学组件及壳体，所述电连接器上分别设有与PCB板及PCB母板连接的电接口；
所述电子控制部件由激光器驱动器、探测器跨阻放大器及控制器构成，且激光器驱动器上设有半导体激光器，探测器跨阻放大器上设有光探测器；
所述PCB板上设有控制电路、激光器驱动器座、探测器跨阻放大器座、及控制器座，激光器驱动器座与探测器跨阻放大器座之间设有光学组件支承件座；
所述光学组件上设有第一透镜、第二透镜及第三透镜；所述壳体为有顶无底
的盒状，其顶面上设有第一透镜窗。
所述激光器驱动器、探测器跨阻放大器及控制器依次设于PCB板的激光器驱动器座、探测器跨阻放大器座及控制器座上且与PCB板的控制电路电连接；
所述光学组件支承件固连于PCB板的光学组件支承件座上，光学组件设于光学组件支承件上，光学组件上第二透镜及第三透镜分别于与电子控制部件的半导体激光器及光探测器光路互连；
所述壳体覆盖电子控制部件及光学组件固连于PCB板上，且光学组件的第一透镜由壳体的第一透镜窗伸出。
选取两件该装置，将两件该装置光学组件的第一透镜相互进行耦合对准，构成自由空间的波分复用/解复用的光通信系统。
本发明采用电子控制部件驱动激光器驱动器及半导体激光器将电信号生成光束信号，并通过光学组件向外发射；采用光学组件接收外界的光束信号，并通过光探测器及探测器跨阻放大器将光束信号转换成电信号。选用两件本发明对称设置，使两件光学组件同时发射并接收彼此的光束信号，即互为另一者的接收或发射件，则构成波分复用/解复用的自由空间通信系统。本发明可实现波分复用光发射/接收功能，或波分解复用光接收/发射功能，使得光路收发合为一体，实现光学的双向传输。具有结构简单、传输灵敏度高、可靠性高、互换性强及光电转换效果好的优点。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明两件光学组件耦合对准光路示意图；
图3为本发明的使用状态示意图。
具体实施方式
参阅图1，本发明包括电连接器1、PCB板2、电子控制部件3、光学组件支承件4、光学组件5及壳体6，所述电连接器1上分别设有与PCB板2及PCB母板连接的电接口。
参阅图1，所述电子控制部件,3由激光器驱动器32、探测器跨阻放大器34及控制器35构成，且激光器驱动器32上设有半导体激光器31，探测器跨阻放大器34上设有光探测器33。
参阅图1，所述PCB板2上设有控制电路、激光器驱动器座、探测器跨阻放大器座、及控制器座，激光器驱动器座与探测器跨阻放大器座之间设有光学组件支承件座。
参阅图1、图2，所述光学组件5上设有第一透镜53、第二透镜54及第三透镜55；所述壳体6为有顶无底的盒状，其顶面上设有第一透镜窗61。
参阅图1，所述激光器驱动器32、探测器跨阻放大器34及控制器35依次设于PCB板2的激光器驱动器座、探测器跨阻放大器座及控制器座上且与PCB板2的控制电路电连接；
参阅图1、图2，所述光学组件支承件4固连于PCB板2的光学组件支承件座上，光学组件5设于光学组件支承件4上，光学组件5上第二透镜54及第三透镜55分别于与电子控制部件3的半导体激光器31及光探测器33光路互连。
参阅图1、图2，所述壳体6覆盖电子控制部件3及光学组件5固连于PCB板2上，且光学组件5的第一透镜53由壳体6的第一透镜窗61伸出。
参阅图1、图2，选取两件该装置，将两件该装置光学组件5的第一透镜53相互进行耦合对准，构成自由空间的波分复用/解复用的光通信系统。
实施例
本发明适用于光通讯及光学互连系统，可广泛应用于军事、航天航空、电信、数据通信、超算中心及工业互联网领域中。采用激光器光路整形并传输光信号，实现出射光的扩束准直和入射光的汇聚，实现波分复用/解复用收发一体的功能。
a)、本发明用于出射光的扩束准直
参阅图1，通过PCB板2及电子控制部件3的电信号驱动激光器驱动器32及半导体激光器31生成光束信号，经光学组件5第二透镜54处射入，经光耦合后由第一透镜53发射，构成电信号加载在半导体激光器31上向自由空间发射，实现出射光的扩束准直。
b)、本发明用于光束汇聚与扩束输出
参阅图1，光学组件5第一透镜53处接收到射入的光束信号，经光耦合后由第三透镜55传输至光探测器33，光束完成汇聚输出，通过PCB板2及电子控制部件3的电信号驱动，光束信号由探测器跨阻放大器34转换电信号，构成接收的光束信号经探测器跨阻放大器34转变为电信号。
c)、本发明用于双向发射/接收光束信号
参阅图1、图2、图3，选用两件本发明对称设置，将两件光学组件5的第一透镜53耦合对准，其一组光学组件5的发射波长λ1，另一组光学组件5的发射波长λ2，一组光学组件5在发射波长λ1的光信号的同时接收由另一组光学组件5发射的波长λ2的光信号，当两件光学组件5同时发射并接收彼此的光束信号，即互为另一者的接收或发射组件，则构成波分复用/解复用的自由空间通信系统。在光波的波分复用/解复用过程中，两件光学组件5之间可实现波分复用光发射/接收功能，或波分解复用光接收/发射功能，使得光路收发合为一体，实现光学的双向传输。具有结构简单、传输灵敏度高、可靠性高、互换性强及光电转换效果好的优点。将两件本发明对称设置的光路链路通信方式，旨在提高PCB母板上的光模块的密度，同时降低整个传输链路的体积及重量。
参阅图1，本发明在电连接器1上分别设置有与PCB板2及PCB母板连接的电接口，电连接器1用于PCB板2与PCB母板的电接口，PCB母板上的电信号通过电连接器1将电信号输入到PCB板2中，PCB板2通过控制器35、激光器驱动器32为激光器31提供驱动电流，实现本发明与通信设备或通信设备与本发明的电信号通信。
参阅图1，本发明在PCB板2上设有控制电路，电子控制部件3的激光器驱动器32、探测器跨阻放大器34及控制器35焊接在PCB板2上，通过控制器35驱动激光器驱动器32及半导体激光器31生成光束信号，实现电信号向光束信号的转换；或将传输至光探测器33的光束信号，通过控制器35的电信号驱动，使光束信号由光探测器33及探测器跨阻放大器34转换成电信号，再经控制器35将电信号输入PCB板2中，通过电连接器1将电信号PCB板2从空间光模块传输到PCB母板上，从而实现光束信号向电信号的转换与传输。
参阅图1，本发明光学组件5上设有第一透镜53、第二透镜54及第三透镜55，装配时，通过光学组件支承件4将光学组件5固定在PCB板2上，且确认光学组件5上第二透镜54及第三透镜55分别于与电子控制部件3的半导体激光器31及光探测器33精密耦合对准光路互连。
Claims (2)
1.一种高速自由空间光传输的波分复用/解复用通信装置，其特征在于，该装置包括电连接器（1）、PCB板（2）、电子控制部件（3）、光学组件支承件（4）、光学组件（5）及壳体（6），所述电连接器（1）上分别设有与PCB板（2）及PCB母板连接的电接口；
所述电子控制部件（3）由激光器驱动器（32）、探测器跨阻放大器（34）及控制器（35）构成，且激光器驱动器（32）上设有半导体激光器（31），探测器跨阻放大器（34）上设有光探测器（33）；
所述PCB板（2）上设有控制电路、激光器驱动器座、探测器跨阻放大器座、及控制器座，激光器驱动器座与探测器跨阻放大器座之间设有光学组件支承件座；
所述光学组件（5）上设有第一透镜（53）、第二透镜（54）及第三透镜（55）；所述壳体（6）为有顶无底的盒状，其顶面上设有第一透镜窗（61）；
所述激光器驱动器（32）、探测器跨阻放大器（34）及控制器（35）依次设于PCB板（2）的激光器驱动器座、探测器跨阻放大器座及控制器座上且与PCB板（2）的控制电路电连接；
所述光学组件支承件（4）固连于PCB板（2）的光学组件支承件座上，光学组件（5）设于光学组件支承件（4）上，光学组件（5）上第二透镜（54）及第三透镜（55）分别于与电子控制部件（3）的半导体激光器（31）及光探测器（33）光路互连；
所述壳体（6）覆盖电子控制部件（3）及光学组件（5）固连于PCB板（2）上，且光学组件（5）的第一透镜（53）由壳体（6）的第一透镜窗（61）伸出。
2.根据权利要求1所述的一种高速自由空间光传输的波分复用/解复用通信装置，其特征在于，选取两件该装置，将两件该装置光学组件（5）的第一透镜（53）相互进行耦合对准，构成自由空间的波分复用/解复用的光通信系统。
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