CN109375323A - 一种低成本红外波段水下无线光通信装置 - Google Patents

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高卓
赵培东
李碧丽
姬雪峰
张斌
徐于洋
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Abstract

本发明提出一种低成本红外波段水下无线光通信装置，由水密壳体、光发射和接收镜头以及光电转换模块组成；光发射和接收镜头内具有聚焦透镜和光纤准直器，光发射时采用光纤准直器进行扩束，光接收时采用聚焦透镜进行聚焦；光电转换模块实现电信号和光信号的相互转换，由标准红外SFP光模块和千兆光电交换机组成；光电转换模块安装在水密壳体内部，其中标准红外SFP光模块通过光纤与光发射和接收镜头柔性连接，千兆光电交换机通过千兆以太网接口与外部系统连接。本发明采用红外波段空间光信号实现水下近距离点对点高速无线通信，具有体积小、成本低、速率高等突出优势。

Description

一种低成本红外波段水下无线光通信装置
技术领域
本发明涉及水下无线通信技术领域，具体为一种低成本红外波段水下无线光通信装置，采用红外波段空间光信号实现水下近距离点对点高速无线通信，具有体积小、成本低、速率高等突出优势。
背景技术
目前，水下无线通信主要包括：低频电磁波通信、水声通信和无线光通信。低频电磁波通信采用极低频无线电波进行信息的水下传输，其通信速率极低，通信距离短，收发设备庞大。水声通信是目前较为成熟的水下无线通信方式，其传输距离远，通信可靠度较高，设备复杂性中等，但是通信速率相对较低，难以满足视频等大容量数据传输需求。随着海水中蓝绿光通信窗口的发现，水下无线光通信成为一种新的水下无线通信手段，其传输速率极高，传输距离中等，收发设备小巧，通信保密性好，得到了越来越多的应用。
为了提高水下光信号的传输距离，一般水下无线光通信选择海水损耗较低的蓝绿光波段，但是由于工艺和材料的限制，蓝绿激光器、蓝绿波段光电探测器以及蓝绿波段的光无源器件技术水平较低，其性能、成本以及可靠性等都无法与在光纤通信上成熟运用的红外波段器件相比。而且在一些水下传感器非接触数据获取等特殊应用场合，对于通信距离要求较低，此时基于红外波段的水下无线光通信装置就具有成本低、体积小等突出优点。
发明内容
在某水下航行器与水下固定传感器节点非接触通信应用中，要求实现两者之间10毫米距离内1Gbps以上的水下无线通信，且要求通信装置体积小、成本低。针对这一需求，本发明提出了一种低成本红外波段水下无线光通信装置，利用光纤通信中成熟的红外光有源、无源器件和标准通信协议，实现低成本的高速水下无线光通信。
本发明的技术方案为：
所述一种低成本红外波段水下无线光通信装置，其特征在于：由水密壳体、光发射和接收镜头以及光电转换模块组成；
水密壳体实现整套装置的防水；
光发射和接收镜头安装在水密壳体前端，通过石英玻璃实现防水和通光；光发射和接收镜头内具有聚焦透镜和光纤准直器，光发射时采用光纤准直器进行扩束，光接收时采用聚焦透镜进行聚焦；
光电转换模块实现电信号和光信号的相互转换，由标准红外SFP光模块和千兆光电交换机组成；光电转换模块安装在水密壳体内部，其中标准红外SFP光模块通过光纤与光发射和接收镜头柔性连接，千兆光电交换机通过千兆以太网接口与外部系统连接。
进一步的优选方案，所述一种低成本红外波段水下无线光通信装置，其特征在于：光通信波段采用1310nm红外波段，双向通信采用物理分离方式，距离不大于10mm。
进一步的优选方案，所述一种低成本红外波段水下无线光通信装置，其特征在于：通信协议采用标准千兆以太网，使用以太网物理层收发器进行千兆电口以太网协议到1000Base-X以太网协议转换。
进一步的优选方案，所述一种低成本红外波段水下无线光通信装置，其特征在于：标准红外SFP光模块实现1000Base-X以太网电信号与光信号相互转换。
进一步的优选方案，所述一种低成本红外波段水下无线光通信装置，其特征在于：光发射和接收镜头中，采用1310波段光纤准直器与标准红外SFP光模块之间采用单模光纤连接；光发射和接收镜头中，聚焦透镜采用球形透镜，球形透镜安装在FC法兰盘中，再通过多模光纤连接至标准红外SFP光模块。
进一步的优选方案，所述一种低成本红外波段水下无线光通信装置，其特征在于：光发射和接收镜头采用K9石英玻璃进行水密和通光。
有益效果
本发明采用红外波段空间光信号实现水下近距离点对点高速无线通信，具有体积小、成本低、速率高等突出优势。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为水下无线光通信装置的组成原理框图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
如图1所示，在水下航行器和传感器节点上各安装一套水下无线光通信装置，当两套水下无线光通信装置对准后，即可实现近距离非接触的水下无线高速通信。
每套水下无线光通信装置由水密壳体、光发射和接收镜头以及光电转换模块组成。光通信波段采用1310nm红外波段，双向通信采用物理分离方式，距离不大于10mm。
水密壳体实现整套装置的防水。
光发射和接收镜头安装在水密壳体前端，通过K9石英玻璃进行水密和通光。光发射和接收镜头由发射镜头和接收镜头组成，发射镜头具有1310波段光纤准直器，接收镜头具有聚焦透镜，聚焦透镜采用球形透镜，球形透镜安装在FC法兰盘中。光发射时采用光纤准直器进行光学扩束，扩展光束面积，便于对准，光接收时采用球形透镜进行聚焦接收，增加接收光能量，提高接收灵敏度。
光电转换模块实现电信号和光信号的相互转换，由标准红外SFP光模块和千兆光电交换机组成；光电转换模块安装在水密壳体内部，其中标准红外SFP光模块通过光纤与光发射和接收镜头柔性连接，千兆光电交换机通过千兆以太网接口与外部系统连接。
本实施例中，通信协议采用标准千兆以太网，使用以太网物理层收发器进行千兆电口以太网协议到1000Base-X以太网协议转换，具体型号为88E1112。标准红外SFP光模块实现1000Base-X以太网电信号与光信号相互转换，选用商用单模SFP模块，具体型号为FTCS-C3112-H2DI。
发射镜头的1310波段光纤准直器与标准红外SFP光模块之间采用单模光纤连接；接收镜头的球形透镜通过多模光纤连接至标准红外SFP光模块，使用多模光纤可以显著提高光纤入射角，降低对准角度要求。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (6)

1.一种低成本红外波段水下无线光通信装置，其特征在于：由水密壳体、光发射和接收镜头以及光电转换模块组成；
水密壳体实现整套装置的防水；
光发射和接收镜头安装在水密壳体前端，通过石英玻璃实现防水和通光；光发射和接收镜头内具有聚焦透镜和光纤准直器，光发射时采用光纤准直器进行扩束，光接收时采用聚焦透镜进行聚焦；
光电转换模块实现电信号和光信号的相互转换，由标准红外SFP光模块和千兆光电交换机组成；光电转换模块安装在水密壳体内部，其中标准红外SFP光模块通过光纤与光发射和接收镜头柔性连接，千兆光电交换机通过千兆以太网接口与外部系统连接。
2.根据权利要求1所述一种低成本红外波段水下无线光通信装置，其特征在于：光通信波段采用1310nm红外波段，双向通信采用物理分离方式，距离不大于10mm。
3.根据权利要求1所述一种低成本红外波段水下无线光通信装置，其特征在于：通信协议采用标准千兆以太网，使用以太网物理层收发器进行千兆电口以太网协议到1000Base-X以太网协议转换。
4.根据权利要求3所述一种低成本红外波段水下无线光通信装置，其特征在于：标准红外SFP光模块实现1000Base-X以太网电信号与光信号相互转换。
5.根据权利要求2所述一种低成本红外波段水下无线光通信装置，其特征在于：光发射和接收镜头中，采用1310波段光纤准直器与标准红外SFP光模块之间采用单模光纤连接；光发射和接收镜头中，聚焦透镜采用球形透镜，球形透镜安装在FC法兰盘中，再通过多模光纤连接至标准红外SFP光模块。
6.根据权利要求1所述一种低成本红外波段水下无线光通信装置，其特征在于：光发射和接收镜头采用K9石英玻璃进行水密和通光。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111917469A (zh) * 2020-08-12 2020-11-10 重庆前卫科技集团有限公司 一种水下可见光通信装置
CN112260757A (zh) * 2020-10-23 2021-01-22 军事科学院系统工程研究院网络信息研究所 机固互联全光水下通信方法
CN112291019A (zh) * 2020-12-31 2021-01-29 鹏城实验室 水下无线光通信方法及系统
GB2613858A (en) * 2021-12-17 2023-06-21 Bae Systems Plc Optical underwater data transmission

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108123753A (zh) * 2017-12-11 2018-06-05 中国船舶重工集团公司第七0五研究所 一种水下高速无线激光通信系统
CN110048783A (zh) * 2019-04-19 2019-07-23 美钻深海能源科技研发（上海）有限公司 声波通讯单元、系统、基站、巡检装置及声波通讯方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108123753A (zh) * 2017-12-11 2018-06-05 中国船舶重工集团公司第七0五研究所 一种水下高速无线激光通信系统
CN110048783A (zh) * 2019-04-19 2019-07-23 美钻深海能源科技研发（上海）有限公司 声波通讯单元、系统、基站、巡检装置及声波通讯方法

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111917469A (zh) * 2020-08-12 2020-11-10 重庆前卫科技集团有限公司 一种水下可见光通信装置
CN112260757A (zh) * 2020-10-23 2021-01-22 军事科学院系统工程研究院网络信息研究所 机固互联全光水下通信方法
CN112260757B (zh) * 2020-10-23 2021-09-21 军事科学院系统工程研究院网络信息研究所 机固互联全光水下通信方法
CN112291019A (zh) * 2020-12-31 2021-01-29 鹏城实验室 水下无线光通信方法及系统
GB2613858A (en) * 2021-12-17 2023-06-21 Bae Systems Plc Optical underwater data transmission

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